KR20250107870A - Protection circuits for power amplifiers - Google Patents
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Abstract
높은 입력 전력 조건들로부터 전력 증폭기(PA)를 보호하기 위한 다양한 방법들 및 회로 배열들이 제시된다. 일 양태에 따르면, PA의 스테이지에 커플링되는 보호 회로는 높은 입력 전력 조건들 동안 스테이지를 통과하는 전류를 제한한다. 전류의 제한은 전류 미러에 커플링되는 전류 생성기를 포함하는 전류 제한기 회로에 의해 제공된다. 전류는 전류 생성기에 의해 생성되는 기준 전류에 기초하는 높은 값으로 제한된다. 일 양태에서, 기준 전류는 프로그램 가능하거나 가변적이다. 다른 양태에서, 보호 회로는 전류 제한기 회로의 출력에서 저전압을 제한하는 클램프를 포함한다. 다른 양태에서, 보호 회로는 전류 제한기 회로의 출력을 사전 충전하는 프리-차지 회로를 포함한다. 다른 양태에서, 필터가 전류 제한기 회로 안에 내장된다.Various methods and circuit arrangements are presented for protecting a power amplifier (PA) from high input power conditions. In one aspect, a protection circuit coupled to a stage of the PA limits current passing through the stage during high input power conditions. The current limitation is provided by a current limiter circuit including a current generator coupled to a current mirror. The current is limited to a high value based on a reference current generated by the current generator. In one aspect, the reference current is programmable or variable. In another aspect, the protection circuit includes a clamp that limits an undervoltage at the output of the current limiter circuit. In another aspect, the protection circuit includes a pre-charge circuit that pre-charges the output of the current limiter circuit. In another aspect, a filter is incorporated within the current limiter circuit.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications
본 출원은 2022년 11월 16일에 출원된 "PROTECTION CIRCUIT FOR POWER AMPLIFIERS"에 대한 미국 정규출원 제18/056,128호에 대한 우선권을 주장하며, 이 문헌의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.This application claims priority to U.S. Non-Provisional Application No. 18/056,128, filed November 16, 2022, entitled “PROTECTION CIRCUIT FOR POWER AMPLIFIERS,” the entire contents of which are incorporated herein by reference.
분야field
본 출원은 증폭기에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 전력 증폭기(power amplifier; PA)들의 보호에 관한 것이다.The present application relates to amplifiers. In particular, the present application relates to the protection of power amplifiers (PAs).
도 1a는, 예를 들어, 모바일 통신 시스템과 같은 RF 프론트-엔드 통신 시스템의 송신기 섹션에서 사용될 수 있는 종래 기술의 무선 주파수(RF) 전력 증폭기(PA) 모듈(100a)을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기 모듈(100a)은, 매칭 네트워크들(예를 들면, MN0, MN1, MN2)를 통해 직렬 연결로 커플링되어 입력 RF 신호(RFin)를 증폭하고, 이로부터 증폭된 출력 RF 신호(RFout)를 생성하게 되는 다수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들(예를 들면, 드라이버 스테이지(A1), 최종 스테이지(A2))를 포함할 수 있다. 증폭기 스테이지들(A1, A2)로의 전력은 기준 접지를 기준으로 하는 대응하는 공급 전압들(Vcc1, Vcc2 동일하거나 별도일 수 있음)을 통해 제공될 수 있으며, 공급 전압들은 각각의 인덕터들(L1, L2)을 통해 증폭기 스테이지들(A1, A2)에 커플링된다. 증폭된 신호(RFout)는 예를 들어, 안테나 스위치(예를 들면, 당업계에 알려진 바와 같이)를 통해 PA 모듈(100a)에 커플링되는 안테나를 통해 차례로 송신될 수 있다.FIG. 1A illustrates a prior art radio frequency (RF) power amplifier (PA) module (100a), which may be used, for example, in a transmitter section of an RF front-end communication system, such as a mobile communication system. As illustrated in FIG. 1A , the power amplifier module (100a) may include a plurality of cascaded amplifier stages (e.g., a driver stage ( A1) , a final stage (A2)) coupled in series via matching networks (e.g., MN 0 , MN 1 , MN 2 ) to amplify an input RF signal (RFin) and generate an amplified output RF signal (RFout) therefrom. Power to the amplifier stages (A1, A2) may be provided via corresponding supply voltages (Vcc1, Vcc2 which may be the same or separate) referenced to ground, which are coupled to the amplifier stages (A1, A2) via respective inductors (L1, L2). The amplified signal (RFout) can in turn be transmitted via an antenna coupled to the PA module (100a), for example via an antenna switch (e.g., as known in the art).
도 1b에 도시된 바와 같이, 증폭기 스테이지들(A1, A2) 각각은 스택형(FET) 트랜지스터들의 각각의 캐스코드 배열, (M11, M12, ... M1k) 및 (M21, M22, ... M2k)을 포함할 수 있고, 각각의 이러한 캐스코드 배열은 각각의 공급 전압(Vcc1, Vcc2)과 기준 접지 사이에 커플링된다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 트랜지스터들((M11, M12, ... M1k) 및 (M21, M22, ... M2k)) 각각의 바이어싱은, 스택형 트랜지스터들 각각의 게이트들에 게이트 전압들을 생성하도록 구성되는 연관된 바이어싱 회로(BIAS1 및 BIAS2)를 통해 제공될 수 있다. 특히, 트랜지스터 스택들,(M11, M12, ... M1k) 및(M21, M22, ... M2k) 각각을 통해 흐르는(이득 설정) DC 바이어싱 전류(예를 들면, ICC1, ICC2)는, PA 모듈(100a)의 정상 동작 조건들 동안, 각각의 입력 트랜지스터(예를 들면, M11, M12)에 제공되는 게이트 전압에 주로 기초할 수 있다. 다시 말해서, 증폭기 스테이지들(A1, A2) 각각의 이득, 즉, 대응하는 출력 트랜지스터(예를 들면, M1k, M2k)의(드레인에서의) RF 전력과 대응하는 입력 트랜지스터(예를 들면, M11, M21)의(게이트에서의) RF 전력 사이의 비율은 각각의 DC 바이어싱 전류(예를 들면, ICC1, ICC2)에 기초할 수 있다. As illustrated in FIG. 1b, each of the amplifier stages (A1, A2) may include a respective cascode arrangement of stacked (FET) transistors, (M 11 , M 12 , ... M 1k ) and (M 21 , M 22 , ... M 2k ), each of which is coupled between a respective supply voltage (Vcc1 , Vcc2 ) and a reference ground. Additionally, as illustrated in FIG. 1b, biasing of each of the transistors ((M 11 , M 12 , ... M 1k ) and (M 21 , M 22 , ... M 2k )) may be provided via associated biasing circuits (BIAS1 and BIAS2) configured to generate gate voltages at the gates of each of the stacked transistors. In particular, the DC biasing current (e.g., I CC1 , I CC2 ) flowing (gain setting) through each of the transistor stacks (M 11 , M 12 , ... M 1k ) and (M 21 , M 22 , ... M 2k ) may be primarily based on the gate voltage provided to each of the input transistors (e.g., M 11 , M 12 ) during normal operating conditions of the PA module (100a). In other words, the gain of each of the amplifier stages (A1, A2), i.e., the ratio between the RF power (at the drain) of the corresponding output transistor (e.g., M 1k , M 2k ) and the RF power (at the gate) of the corresponding input transistor (e.g., M 11 , M 21 ), may be based on the respective DC biasing current (e.g., I CC1 , I CC2 ).
PA 모듈(100a)의 정상 동작 조건들은 입력 RF 신호(RFin)에 의해 제공되는 입력 RF 전력의 상한을 포함할 수 있으며, 이것은 결과적으로 증폭기 스테이지(A2)에 입력으로서 제공되는 증폭기 스테이지(A1)의 출력 RF 전력의 상한을 정의할 수 있다. 그러나, 특정 조건들 하에서,(예를 들면, 견고성 테스트 중) 제어 여부(예를 들면, 과도 현상)에 관계없이, 증폭기 스테이지(A1)에 대한 입력 RF 전력이 상한을 초과하고/하거나, DC 성분(예를 들면, RF 신호의 평균 DC 성분)을 포함할 수 있으며, 이 DC 성분은 입력 트랜지스터(M11)의 게이트와 커플링되어, 증폭기 스테이지(A1)의 더 높은 이득(즉, 더 큰 크기의 ICC1)을 제공할 수 있다. 조합하여, 이러한 효과들은 대응하는 입력 트랜지스터(M21)의 성능(예를 들면, 핫 캐리어 주입)을 손상시키거나 적어도 영향을 미치기에 충분히 큰 진폭을 포함할 수 있는 증폭기 스테이지(A2)에 대한 입력 RF 신호를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 증폭기 스테이지(A2)에 대한 RF 신호의 진폭은 입력 트랜지스터(M21)의 게이트-소스 전압(Vgs), 게이트-드레인 전압(Vgd), 또는 드레인-소스 전압(Vds) 중 임의의 하나가 트랜지스터의 성능을 손상시키거나 및/또는 영향을 미치기에 충분히 높은 레벨들에 도달하게 할 수 있다. Normal operating conditions of the PA module (100a) may include an upper limit of the input RF power provided by the input RF signal (RFin), which in turn may define an upper limit of the output RF power of the amplifier stage (A1) provided as input to the amplifier stage (A2). However, under certain conditions, (e.g., during a robustness test) whether controlled or not (e.g., transient), the input RF power to the amplifier stage (A1) may exceed the upper limit and/or may include a DC component (e.g., an average DC component of the RF signal) that may couple to the gate of the input transistor (M 11 ) to provide a higher gain (i.e., a larger magnitude of I CC1 ) of the amplifier stage ( A1 ). In combination, these effects may generate an input RF signal to the amplifier stage (A2) that may include an amplitude sufficiently large to impair or at least affect the performance (e.g., hot carrier injection) of the corresponding input transistor (M 21 ). In other words, the amplitude of the RF signal to the amplifier stage (A2) can cause any one of the gate-to-source voltage (Vgs), gate-to-drain voltage (Vgd), or drain-to-source voltage (Vds) of the input transistor (M 21) to reach levels high enough to damage and/or affect the performance of the transistor.
따라서, 정상 동작 조건들인 것으로 고려되지 않을 수 있는 높은 입력 RF 전력 조건들에 대한 RF 증폭기 모듈의 개선된 보호가 필요할 수 있다. 본 개시에 따른 교시들은 진행 중인 RF 증폭기 모듈의 활동을 유지하면서 이러한 개선된 보호를 제공한다.Therefore, improved protection of RF amplifier modules against high input RF power conditions that may not be considered normal operating conditions may be needed. The teachings of the present disclosure provide such improved protection while maintaining ongoing operation of the RF amplifier module.
본 개시의 제 1 양태에 따르면, 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들; 및 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 중 제 1 스테이지의 공급 전압 노드에 커플링되는 보호 회로를 포함하는 회로가 제시되면, 제 1 스테이지는 공급 전압 노드와 기준 접지 사이에서 동작하고, 보호 회로는, 제 1 스테이지를 통해 공급 전압 노드로부터 기준 접지로 흐르는 공급 전류의 높은 값(high value)을 제한하도록 구성되는 전류 제한기 회로를 포함하고, 공급 전류의 높은 값은 기준 전류의 크기에 기초한다. According to a first aspect of the present disclosure, a circuit is provided comprising a plurality of cascaded amplifier stages; and a protection circuit coupled to a supply voltage node of a first stage of the plurality of cascaded amplifier stages, wherein the first stage operates between the supply voltage node and a reference ground, and the protection circuit comprises a current limiter circuit configured to limit a high value of a supply current flowing from the supply voltage node to the reference ground through the first stage, the high value of the supply current being based on a magnitude of the reference current.
본 개시의 제 2 양태에 따르면, 높은 입력 전력 조건으로부터 멀티-스테이지 증폭기를 보호하기 위한 방법이 제시되며, 이 방법은, 전류 제한기 회로의 출력 레그를 멀티-스테이지 증폭기의 제 1 스테이지의 공급 전압 노드에 커플링하는 단계; 및 커플링에 기초하여, 전류 제한기의 입력 레그를 통해 흐르는 기준 전류에 기초하여 공급 전압 노드로부터 제 1 스테이지를 통해 흐르는 전류의 높은 값을 제한하는 단계를 포함한다.According to a second aspect of the present disclosure, a method for protecting a multi-stage amplifier from a high input power condition is presented, the method comprising: coupling an output leg of a current limiter circuit to a supply voltage node of a first stage of the multi-stage amplifier; and limiting a high value of current flowing through the first stage from the supply voltage node based on a reference current flowing through the input leg of the current limiter based on the coupling.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 개시의 하나 이상의 실시예들을 예시하고, 예시적인 실시예들에 대한 설명과 함께 본 개시의 원리 및 구현을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들을 포함하는 종래 기술의 RF 전력 증폭기(PA) 모듈을 도시한 것이다.
도 1b는 PA 모듈의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들의 예시적인 구현을 도시한 것이다.
도 2a는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a의 보호 회로에 의해 제공되는 성능 이점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이다.
도 3a는 도 2a의 보호 회로에 사용될 수 있는 본 개시의 일 실시예에 따른 전류 제한기 회로의 단순화된 개략도를 도시한 것이다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 전류 제한기 회로에 의해 제공되는 성능 이점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 2a의 보호 회로에 사용될 수 있는 본 개시의 추가 실시예들에 따른 다른 전류 제한기 회로들의 간략화된 개략도를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시에 따른 전류 제한기 회로에 의해 제공될 수 있는 가능한 성능 단점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이다.
도 5c는 도 5a 및 도 5b에 표현된 가능한 성능 단점들을 극복하기 위해 사용될 수 있는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 바이어싱 회로의 단순화된 개략도를 도시한 것이다.
도 6a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 출력 전압 클램핑을 갖는 전류 제한기 회로의 단순화된 개략도를 도시한 것이다.
도 6b 및 도 6c는 도 6a의 출력 전압 클램핑을 갖는 전류 제한기 회로에 의해 제공되는 성능 이점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 출력 전압의 사전 충전을 갖는 전류 제한기 회로의 단순화된 개략도를 도시한 것이다.
도 8a는 최종 스테이지에 커플링되는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 8b는 복수의 스테이지들 중 어느 하나에 커플링되는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 8c는 복수의 스테이지들 사이에서 공유되는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 9는 복수의 RF 전력 증폭기(PA) 모듈들 사이에서 공유되는 보호 회로의 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 내장된 RF 필터를 갖는 전류 제한기 회로의 단순화된 개략도를 도시한 것이다.
도 11은 검출된 파라미터 값들에 기초하여 동작이 제어될 수 있는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 실시예에 따른 구성을 도시한 것이다.
도 12는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 실시예에 따른 구성을 도시한 것이며, RF PA 모듈은 바이폴라 트랜지스터를 포함한다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 방법의 다양한 단계들을 도시하는 프로세스 차트이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 번호들 및 명칭들은 동일한 요소들을 나타낸다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate one or more embodiments of the present disclosure and, together with the description of the exemplary embodiments, serve to explain the principles and implementations of the present disclosure.
FIG. 1a illustrates a prior art RF power amplifier (PA) module including multiple cascaded amplifier stages.
Figure 1b illustrates an exemplary implementation of cascaded amplifier stages of a PA module.
FIG. 2a illustrates a configuration of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit according to one embodiment of the present disclosure.
Figures 2b and 2c illustrate graphs showing performance benefits provided by the protection circuit of Figure 2a.
FIG. 3a illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit according to one embodiment of the present disclosure that may be used in the protection circuit of FIG. 2a.
Figures 3b and 3c illustrate graphs showing the performance benefits provided by the current limiter circuit of Figure 3a.
FIGS. 4A, 4B and 4C illustrate simplified schematic diagrams of other current limiter circuits according to additional embodiments of the present disclosure that may be used in the protection circuit of FIG. 2A.
FIGS. 5A and 5B illustrate graphs illustrating possible performance drawbacks that may be provided by a current limiter circuit according to the present disclosure.
FIG. 5c illustrates a simplified schematic diagram of a biasing circuit according to an exemplary embodiment of the present disclosure that may be used to overcome the possible performance drawbacks illustrated in FIGS. 5a and 5b.
FIG. 6a illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit with output voltage clamping according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figures 6b and 6c illustrate graphs showing the performance benefits provided by the current limiter circuit with output voltage clamping of Figure 6a.
FIG. 7 illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit having pre-charging of the output voltage according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
FIG. 8a illustrates a configuration according to another embodiment of the present disclosure of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit coupled to a final stage.
FIG. 8b illustrates a configuration according to another embodiment of the present disclosure of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit coupled to one of the plurality of stages.
FIG. 8c illustrates a configuration according to another embodiment of the present disclosure of an RF power amplifier (PA) module having protection circuitry shared between multiple stages.
FIG. 9 illustrates a configuration according to another embodiment of the present disclosure of a protection circuit shared between multiple RF power amplifier (PA) modules.
FIG. 10 illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit having a built-in RF filter according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
FIG. 11 illustrates a configuration of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit whose operation can be controlled based on detected parameter values according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 12 illustrates a configuration of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit according to an embodiment of the present disclosure, wherein the RF PA module includes a bipolar transistor.
FIG. 13 is a process chart illustrating various steps of a method according to an embodiment of the present disclosure.
Identical reference numbers and designations in various drawings represent identical elements.
본 개시 전반에 걸쳐, 다양한 실시예들의 본 발명의 개념들의 사용들 및 구현들을 예시하기 위한 목적으로 실시예들 및 변형들이 설명된다. 예시적인 설명은 본 명세서에 개시된 바와 같은 개념의 범위를 제한하는 것이 아니라 본 발명의 개념의 예들을 제시하는 것으로 이해되어야 한다.Throughout this disclosure, embodiments and variations are described for the purpose of illustrating uses and implementations of the concepts of the present invention in various embodiments. It should be understood that the exemplary descriptions are intended to present examples of the concepts of the present invention, but not to limit the scope of the concepts as disclosed herein.
도 2a는 PA 모듈(200a)의 제 1(예를 들면, 드라이버) 스테이지(A1)에 커플링되는 보호 회로(220)를 포함하는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈(200a)을 포함하는 본 개시의 일 실시예에 따른 구성을 도시한다. 본 개시에 따른 실시예에 따르면, 보호 회로(220)는 제 1 스테이지(A1)에 공급되는 전류의 크기를 제한하도록 구성되는 전류 제한기(회로)를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 보호 회로(220)의 전류 제한기는 DC 바이어싱/공급 전류(ICC1)의 높은 값을 제한할 수 있으며, 따라서 제 1 스테이지(A1)의 이득을 제한할 수 있다. 제 1 스테이지(A1)의 이득을 제한함으로써, 제 2(예를 들면, 최종) 스테이지(A2)에 대한 입력 전력은, 제 2 스테이지(A2)의 입력 트랜지스터(예를 들면, M21)를 포함하여, 제 2 스테이지(A2)의 성능을 손상시키거나 부정적으로 영향을 미치지 않는 값들로 제한될 수 있다.FIG. 2a illustrates a configuration according to one embodiment of the present disclosure, which includes an RF power amplifier (PA) module (200a) including a protection circuit (220) coupled to a first (e.g., driver) stage (A1) of the PA module (200a). According to an embodiment of the present disclosure, the protection circuit (220) may include a current limiter (circuit) configured to limit the amount of current supplied to the first stage (A1). In other words, the current limiter of the protection circuit (220) may limit high values of the DC biasing/supply current (I CC1 ), thereby limiting the gain of the first stage (A1). By limiting the gain of the first stage (A1), the input power to the second (e.g., final) stage (A2) can be limited to values that do not impair or negatively affect the performance of the second stage (A2), including the input transistor (e.g., M 21 ) of the second stage (A2).
본 교시에 따른 보호 회로(220)는, PA 모듈(200a)의 정상 동작 조건 하에서 예상되는 값을 넘어서거나/더 큰 스테이지에 대한 입력 RF 전력의 값들(예를 들면, RFin)에 대해서만 스테이지(예를 들면, A1)에 공급되는 전류를 제한하도록 설계될 수 있다. 본 개시에 따른 일 실시예에 따르면, 스테이지(예를 들면, A1)에 공급되는 전류를 제한하는 것을 통해 이러한 스테이지의 동작을 중단시키지 않을 수 있으며, 이에 따라 진행 중인 PA 모듈(200a)의 활동을 유지할 수 있다.A protection circuit (220) according to the present teachings may be designed to limit the current supplied to a stage (e.g., A1) only for values of input RF power to the stage (e.g., RFin) that are greater than or equal to the expected value under normal operating conditions of the PA module (200a). According to one embodiment of the present disclosure, limiting the current supplied to the stage (e.g., A1) may prevent the operation of such a stage from being interrupted, thereby maintaining ongoing activity of the PA module (200a).
도 2b 및 도 2c는(보호되지 않는) 종래 기술의 PA 모듈(예를 들면, 도 1a의 100a)과 비교할 때 도 2a의 보호 회로에 의해 PA 모듈(200a)에 제공되는 성능 이점을 나타내는 그래프들을 도시한다. 이러한 그래프들에서, PA 모듈들(200a, 100a)의 정상 동작 조건들은 전력 제한 라인(NL)(예시적인 입력 전력 제한 값 -5dBm으로 도시됨)의 좌측으로의(즉, 더 작은) 값들의 범위에서 제 1 스테이지(예를 들어, 도 1a, 도 2a의 A1)에 대한 입력 전력(Pin)에 의해 표현된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 정상 동작 조건들 동안,(보호되는) PA 모듈(예를 들어, 도 2a의 200a)의 제1 스테이지(A1)에 대한 공급 전류(예를 들면, 그래프에서 CL로서 라벨링된 ICC1)는(보호되지 않는) 종래 기술 PA 모듈(예를 들면, 도 1a의 100a)의 제 1 스테이지(A1)에 대한 공급 전류(예를 들면, 그래프에서 CV로서 라벨링되는 ICC1)와 실질적으로 동일하다. 그러나, 입력 전력 제한보다 더 큰(예를 들어, 전력 제한 라인(NL)의 우측) 입력 전력(Pin)의 값들의 경우,(보호되는) PA 모듈(예를 들면, 도 2a의 200a)에 대한 공급 전류((예를 들면, 그래프에서 CL로서 라벨링된 ICC1)는 전류 제한에 도달할 때(예를 들어, 2개의 그래프들이 분리되는 경우) 점진적으로 평탄해지는 반면, 종래 기술의(보호되지 않는) PA 모듈(예를 들면, 도 1a의 100a)에 대한 공급 전류(예를 들면, 그래프에서 CV로서 라벨링된 ICC1)는(전류 상한 제한 없이) 일정하게 증가한다. 따라서, 도 2c의 그래프들에 도시된 바와 같이, 보호(CL) 및 비보호(CV) 구성들에 대한 제 1 스테이지(A1)의 출력 전력(Pout)은 공급 전류들과 동일한 경향을 따를 수 있다. 특히, 도 2c에 도시된 바와 같이, 전류 제한의 결과로서, 입력 전력 한계보다 큰(예를 들면, 전력 제한 라인(NL)의 우측) 제 1 스테이지(예를 들면, 도 1a, 도 2a의 A1)에 대한 입력 전력(Pin)의 값들의 경우,(보호되는) PA 모듈(예를 들면, 도 2a의 200a)의 제 1 스테이지(A1)의(그래프에서 CL로서 라벨링된) 출력 전력(Pout)은 증가를 중지하는(예를 들면, 전류 한계에 도달할 때 점진적으로 감소하는) 반면, 종래 기술의(보호되지 않는) PA 모듈(예를 들면, 도 1a의 100a)의 제 1 스테이지(A1)의(그래프에서 CV로서 라벨링된) 출력 전력(Pout)은(전력 상한 없이) 일정하게 증가한다. 이러한 그래프들에 대한 더 자세한 내용은 본 개시에서 나중에(예를 들면, 도 3a를 참조하여) 확인할 수 있다.FIGS. 2b and 2c illustrate graphs illustrating performance advantages provided to a PA module (200a) by the protection circuit of FIG. 2a as compared to a prior art PA module (e.g., 100a of FIG. 1a) that is not protected. In these graphs, normal operating conditions of the PA modules (200a, 100a) are represented by the input power (Pin) to the first stage (e.g., A1 of FIGS. 1a, 2a) in a range of values to the left (i.e., less than) the power limit line (NL) (illustrated by an exemplary input power limit value of -5 dBm). As illustrated in FIG. 2b, during normal operating conditions, the supply current (e.g., I CC1 , labeled as CL in the graph) to the first stage (A1) of the (protected) PA module (e.g., 200a of FIG. 2a) is substantially equal to the supply current (e.g., I CC1 , labeled as CV in the graph) to the first stage (A1) of the (unprotected) prior art PA module (e.g., 100a of FIG. 1a ). However, for values of input power (Pin) that are greater than the input power limit (e.g., to the right of the power limit line (NL)), the supply current (e.g., I CC1 , labeled as CL in the graph) for the (protected) PA module (e.g., 200a in Fig. 2a) gradually flattens out when the current limit is reached (e.g., when the two graphs become separated), whereas the supply current (e.g., I CC1 , labeled as CV in the graph) for the prior art (unprotected) PA module (e.g., 100a in Fig. 1a) increases steadily (without a current upper limit limitation). Accordingly, as shown in the graphs of Fig. 2c, the output power (Pout) of the first stage (A1) for the protected (CL) and unprotected (CV) configurations can follow the same trend as the supply currents. In particular, as shown in Fig. 2c, as a result of the current limit, the output power (Pout) of the first stage (A1) can follow the same trend as the supply currents. For values of the input power (Pin) for the first stage (e.g., A1 in FIG. 1a, FIG. 2a) on the right side of the line (NL), the output power (Pout) of the first stage (A1) (labeled as CL in the graph) of the (protected) PA module (e.g., 200a in FIG. 2a) stops increasing (e.g., gradually decreases when reaching the current limit), whereas the output power (Pout) of the first stage (A1) (labeled as CV in the graph) of the prior art (unprotected) PA module (e.g., 100a in FIG. 1a) increases steadily (without a power upper limit). More details on these graphs can be found later in the present disclosure (e.g., with reference to FIG. 3a).
도 3a는 도 2a를 참조하여 위에서 설명된 보호 회로(220)에 포함될 수 있는 본 개시에 따른 일 실시예에 따른 전류 제한기 회로(222, 225)의 단순화된 개략도를 도시한다. 도 3a에 도시된 특정 경우에, PA 모듈(300a)의 스테이지들(A1, A2)은 도 1b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 스택형(FET) 트랜지스터들의 각각의 캐스코드 배열,(M11, M12, ... M1k) 및(M21, M22, ... M2k)을 포함하는 것으로 도시된다. 본 개시에 따른 일 실시예에 따르면, 전류 제한기(222, 225)는 전류 미러(225)에 커플링되는 기준 전류 소스(222)를 포함할 수 있다. 기준 전류 소스(222)는, 전류 미러(225)의 입력 레그(input leg)(예를 들면, PMOS FET 트랜지스터(MIN))에 의해 사용될 수 있는 기준 전류(Iref)를 생성하며, 이에 따라 그로부터 제 1 스테이지(A1)에 대한 바이어싱/공급 전류(ICC1)로서 사용될 수 있는 출력 레그(output leg)(예를 들면, PMOS FET 트랜지스터(MOUT))를 통해 전달되는 전류를 생성할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 전류 미러(225)의 트랜지스터들(MIN, MOUT)은 그들 각각의 게이트들을 통해 서로 커플링될 수 있고, 그들 각각의 소스들을 통해 공급 전압(Vdd)에 커플링될 수 있다. 전류 미러(225)의 입력 트랜지스터(MIN)의 드레인은 기준 전류 소스(222)에 커플링될 수 있고, 전류 미러(225)의 출력 트랜지스터(MOUT)의 드레인은 인덕터(L1)를 통해 제 1 스테이지(A1)에 커플링될 수 있다. 특히, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전류 미러(225)의 출력 트랜지스터(MOUT)의 드레인은 스택형(FET) 트랜지스터들의 캐스코드 배열(M11, M12, ... M1k)의 출력(NMOS FET) 트랜지스터(M1k)의 드레인에 커플링될 수 있다. 바이패스 커패시터(C1)는 보호 회로(220)의 출력에, 또는 다시 말해서, 공급 전압 노드(VCC1)에 커플링되어, 보호 회로(220)에 대한 RF 주파수 성분들의 커플링을 감소시킬 수 있다. 다시 말해서, 바이패스 커패시터(C1)는 인덕터(L1)와 조합하여, 보호 회로(220)에 대한 RF 주파수 성분들의 이러한 커플링을 감소시키도록 구성되는 필터를 형성할 수 있다. FIG. 3a illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit (222, 225) according to one embodiment of the present disclosure that may be included in the protection circuit (220) described above with reference to FIG. 2a. In the particular case illustrated in FIG. 3a, the stages (A1, A2) of the PA module (300a) are illustrated as including respective cascode arrangements of stacked (FET) transistors, (M 11 , M 12 , ... M 1k ) and (M 21 , M 22 , ... M 2k ), as described above with reference to FIG. 1b . According to one embodiment of the present disclosure, the current limiter (222, 225) may include a reference current source (222) coupled to a current mirror (225). A reference current source (222) generates a reference current (Iref) that can be used by an input leg (e.g., a PMOS FET transistor (M IN )) of a current mirror (225), and thereby generates a current delivered through an output leg (e.g., a PMOS FET transistor (M OUT )) that can be used as a biasing/supply current (I CC1 ) for the first stage (A1). As illustrated in FIG. 3A, the transistors (M IN , M OUT ) of the current mirror (225) can be coupled to each other through their respective gates and to a supply voltage (Vdd) through their respective sources. The drain of the input transistor (M IN ) of the current mirror (225) may be coupled to the reference current source (222), and the drain of the output transistor (M OUT ) of the current mirror (225) may be coupled to the first stage (A1) via the inductor (L1). In particular, as illustrated in FIG. 3a , the drain of the output transistor (M OUT ) of the current mirror (225) may be coupled to the drain of the output (NMOS FET) transistor (M 1k ) of the cascode arrangement of stacked (FET) transistors (M 11 , M 12 , ... M 1k ). The bypass capacitor (C1) may be coupled to the output of the protection circuit (220), or in other words, to the supply voltage node (V CC1 ), to reduce coupling of RF frequency components to the protection circuit (220). In other words, the bypass capacitor (C1) in combination with the inductor (L1) can form a filter configured to reduce such coupling of RF frequency components to the protection circuit (220).
도 3a를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 전류 제한기(222, 225)는 기준 전류(Iref)의 미러링된 값에 기초하여 공급 전류(ICC1)의 높은 값(크기)을 제한할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 미러링된 값은, 예를 들어, 전류 미러(225)의 트랜지스터들(MIN, MOUT)의 각각의 크기들의 비율에 기초하여 기준 전류(Iref)에 비례적으로 관련될 수 있다. 트랜지스터들(MIN, MOUT)의 크기들의 비율이 1(동일한 크기 트랜지스터들)인 비제한적인 예시적인 경우에 대해, 공급 전류(ICC1)의 높은 값을 결정하는 기준 전류(Iref)의 미러링된 값은 기준 전류(Iref)의 값과 동일할 수 있다. With continued reference to FIG. 3A, in some embodiments, the current limiters (222, 225) can limit a high value (magnitude) of the supply current (I CC1 ) based on a mirrored value of the reference current (Iref). In some embodiments, this mirrored value can be proportionally related to the reference current (Iref ), for example, based on a ratio of the sizes of the transistors (M IN , M OUT ) of the current mirror (225). For the non-limiting exemplary case where the ratio of the sizes of the transistors (M IN , M OUT ) is 1 (same size transistors), the mirrored value of the reference current (Iref ) that determines the high value of the supply current (I CC1 ) can be equal to the value of the reference current (Iref ).
전류 제한기(222, 225)가, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 스테이지(A1)에 커플링될 때, 전류 제한기(222, 225)에 의해 출력되는 공급 전류(ICC1)는 기준 전류(Iref)의 미러링된 값에 의해 결정되는 한계치까지, 제 1 스테이지(A1)의 입력 트랜지스터(M11)의 바이어싱에 기초하여 요구 전류에 따를 수 있다. 전류 제한 조건 동안, 또는 다시 말해서 요구 전류가 기준 전류(Iref)의 미러링된 값보다 클 경우, 공급 전압(노드)(VCC1)에서의 전압은 제 1 스테이지(A1)를 통과하는 전류를 제한하기 위해 감소할 수 있으며, 이에 따라 결과적으로 도 2b의 그래프(CL)에 도시된 바와 같이 미러링된 값을 넘어서, 전류 제한기(222, 225)의 출력 레그(예를 들면, 트랜지스터(MOUT)는 상이한 바이어스 조건을 갖게 됨)를 통해 전달되는 전류를 어느 정도까지 증가시킬 수 있다. 동시에, 전류 제한 조건 동안 공급 전압(VCC1)에서의 전압의 이러한 감소는 도 2c의 그래프(CL)에 도시된 바와 같이 제 1 스테이지에 의해 출력되는 전력을 어느 정도까지 감소시킬 수 있다. When the current limiter (222, 225) is coupled to the first stage (A1) as illustrated in FIG. 3a, the supply current (I CC1 ) output by the current limiter (222, 225) can follow the required current based on the biasing of the input transistor (M 11 ) of the first stage (A1) up to a limit determined by the mirrored value of the reference current (Iref). During a current limiting condition, or in other words when the demand current is greater than a mirrored value of the reference current (Iref), the voltage at the supply voltage (node) (V CC1 ) may decrease to limit the current passing through the first stage (A1 ), thereby increasing to some extent the current delivered through the output legs of the current limiters (222, 225) (e.g., the transistors M OUT will have different bias conditions) beyond the mirrored value as shown in the graph (CL) of Fig. 2b . At the same time, this decrease in the voltage at the supply voltage (V CC1 ) during the current limiting condition may reduce to some extent the power output by the first stage as shown in the graph (CL) of Fig. 2c .
도 3a를 계속 참조하면, 일부 실시예들에서, 전류 제한기(222, 225)에 의해 제공되는 유연성 및 이점들은, 예를 들어 다음을 포함한다: (보호되는) PA 모듈의 동작을 중단시키지 않으면서, 높은 입력 전력 조건들에 대한 PA 모듈(예를 들면, 도 3a의 300a)의 적어도 하나의 스테이지에 대한 전류의 제한을 통한 보호; 검출 방식들(예를 들면, 전류 또는 전력 센서)이 사용되지 않기 때문에 높은 입력 전력 조건들에 대한 보호의 지연이 없고, 오히려 전류의 제한은 적어도 하나의 스테이지에 대한 공급 전류 회로의(자연스러운) 응답임; 다양한 피드백 방법들(예를 들면, 공급 전류를 제한하기 위한 RF 전력 검출 및 피드백)에 의해 기여될 수 있는 임의의 발진 위험의 부재; 튜닝 가능한/선택 가능한 Iref 전류 소스/생성기(예를 들면, 도 3a의 222, 및 후술하는 도 4a/4b의 422a/b)를 통한 (제한된) 전류(예를 들면, 전류 제한)의(높은) 값의 튜닝 가능성 및/또는 선택성, 및 이에 따른 높은 입력 전력 조건들을 정의하는 대응하는 입력 전력 제한 값(예를 들면, 임계값)의 튜닝 가능성 및/또는 선택성; 및 도 4c를 참조하여 후술하는 바와 같은 제한 전류(및 그에 따른 전력)에 대한 온도 보상/프로파일을 포함하는 능력; 도 8a/8b/8c를 참조하여 후술하는 바와 같은, 최종 스테이지를 포함하는, PA 모듈의 복수의 스테이지들 중 임의의 하나 이상을 보호하는 능력; 도 9를 참조하여 후술하는 바와 같은 복수의 PA 모듈들과 동일한 보호 회로(예를 들면, 전류 제한기)를 공유하는 능력; 도 11을 참조하여 후술하는 바와 같은, 예를 들어, 온도 또는 전압/전력 레벨들과 같은 다른 검출 가능한 파라미터들에 기초하여 제한 전류의 높은 값(예를 들면, 전류 제한의 값)을 추가로 제어하는 능력; 및 MOS 디바이스들(예를 들면, 도 3a)을 포함하는 MOS PA 모듈 또는 GaAs(갈륨 비소) 디바이스들(예를 들면, 후술하는 도 12)과 같은 바이폴라 디바이스들을 포함할 수 있는 바이폴라 PA 모듈과 함께 사용하기 위한 능력.With continued reference to FIG. 3A, in some embodiments, the flexibility and advantages provided by the current limiter (222, 225) include, for example: protection for at least one stage of a PA module (e.g., 300a of FIG. 3A) against high input power conditions by limiting current without interrupting operation of the (protected) PA module; no delay in protection against high input power conditions since no detection methods (e.g., current or power sensors) are used, but rather the current limiting is a (natural) response of the supply current circuitry for at least one stage; absence of any risk of oscillation that may be contributed by various feedback methods (e.g., RF power detection and feedback to limit supply current); Tunability and/or selectivity of (high) values of (limited) current (e.g., current limit) via a tunable/selectable Iref current source/generator (e.g., 222 of FIG. 3a and 422a/b of FIGS. 4a/4b described below), and tunability and/or selectivity of a corresponding input power limit value (e.g., threshold) defining high input power conditions thereby; and the ability to include temperature compensation/profile for the limit current (and thus power) as described below with reference to FIG. 4c; the ability to protect any one or more of a plurality of stages of a PA module, including a final stage, as described below with reference to FIGS. 8a/8b/8c; the ability to share the same protection circuit (e.g., current limiter) with a plurality of PA modules as described below with reference to FIG. 9; The ability to further control the high value of the limiting current (e.g., the value of the current limit) based on other detectable parameters, such as temperature or voltage/power levels, as described below with reference to FIG. 11; and the ability for use with a bipolar PA module, which may include bipolar devices such as a MOS PA module including MOS devices (e.g., FIG. 3a) or GaAs (gallium arsenide) devices (e.g., FIG. 12 described below).
도 3b 및 도 3c는 스테이지(A2)의 요소들/트랜지스터들을 보호하는 데 있어서 도 3a의 전류 제한기 회로(222, 225)에 의해 제공되는 성능 이점들을 나타내는 그래프들을 도시한다. 다시 말해서, 제 1 스테이지(예를 들면, 도 3a의 A1)에 대한 공급 전류(예를 들면, 도 3a의 ICC1)를 제한함으로써, 다음/제 2 스테이지(예를 들면, 도 3a의 A2)의 요소들/트랜지스터들은, 제 1 스테이지 및 다음 스테이지를 포함하는 멀티-스테이지 PA 모듈(예를 들면, 도 3a의 300a)이 겪을 수 있는 높은 입력 RF 전력 조건들에 대해 보호될 수 있다. 유리하게는, 보호 회로(예를 들면, 도 3a의 220)를 멀티-스테이지 PA 모듈의 더 높은 전력의 최종 스테이지(예를 들면, 도 3a의 A2)에 커플링하지 않음으로써, 보호 회로를 통한 최종 스테이지로의 높은 공급 전류의 흐름이 회피될 수 있기 때문에, 이러한 모듈의 전체 RF 성능이 유지될 수 있다. FIGS. 3b and 3c illustrate graphs illustrating performance advantages provided by the current limiter circuit (222, 225) of FIG. 3a in protecting elements/transistors of stage (A2). In other words, by limiting the supply current (e.g., I CC1 of FIG. 3a) to a first stage (e.g., A1 of FIG. 3a), elements/transistors of the next/second stage (e.g., A2 of FIG. 3a) can be protected against high input RF power conditions that may be experienced by a multi-stage PA module (e.g., 300a of FIG. 3a) including the first stage and the next stage. Advantageously, by not coupling the protection circuit (e.g., 220 in FIG. 3a) to the higher power final stage (e.g., A2 in FIG. 3a) of the multi-stage PA module, the flow of high supply current through the protection circuit to the final stage can be avoided, thus maintaining the overall RF performance of the module.
CV로 라벨링된 도 3b 및 도 3c의 그래프들에 도시된 바와 같이, 제 2/최종 (보호되지 않는) 스테이지(예를 들면, 도 1b의 A2)의 입력 트랜지스터(M21)의 게이트-소스 전압(Vgs21) 및 드레인-소스 전압(Vds21)의 (AC 피크 값들)은 꾸준히 증가하여 제 1/드라이버 (보호되지 않는) 스테이지(예를 들면, 도 1b의 A1)로의 입력 전력(Pin)의 값들을 증가시킬 수 있다. 특히, 높은 입력 RF 전력 조건들(라인 NL의 우측)하에서 동작할 때, (보호되지 않는) 제 2/최종 스테이지의 전압들(Vgs21 및 Vds21)은 입력 트랜지스터(M21)의 내전압 능력(voltage withstand capability)(예를 들면, 약 2 볼트)보다 높을 수 있는 값(예를 들면, 2 볼트 이상)에 도달할 수 있으며, 이에 의해 이러한 트랜지스터를 잠재적으로 손상시킬 수 있다. As shown in the graphs of FIGS. 3b and 3c labeled with CV, the (AC peak values) of the gate-source voltage (Vgs 21 ) and drain-source voltage (Vds 21 ) of the input transistor (M 21 ) of the second/final (unprotected) stage (e.g., A2 in FIG. 1b ) steadily increase, which can increase the values of the input power (Pin) to the first/driver (unprotected) stage (e.g., A1 in FIG. 1b ). In particular, when operating under high input RF power conditions (right side of line NL), the voltages (Vgs 21 and Vds 21 ) of the (unprotected) second/final stage can reach values (e.g., more than 2 V) which may be higher than the voltage withstand capability of the input transistors (M 21 ) (e.g., about 2 V), thereby potentially damaging these transistors.
한편, 도 3b 및 도 3c의 CL로서 라벨링된 그래프들에 도시된 바와 같이, 제 2/최종 (보호되는) 스테이지(예를 들면, 도 3a의 A2)의 입력 트랜지스터(M21)의 게이트-소스 전압(Vgs21) 및 드레인-소스 전압(Vds21)의 (AC 피크 값들)은, 제 1/드라이버 (보호되는) 스테이지(예를 들면, 도 3a의 A1)가 높은 입력 RF 전력 조건들(라인 NL의 우측) 하에서 동작할 때, 특히, 제 1/드라이브 스테이지로의 공급 전류가 전류 한계에 도달할 때, 점진적으로 평탄해질 수 있다. 이러한 평탄화(즉, 전류/전력 제한) 때문에, (보호되는) 제 2/최종 스테이지의 전압들(Vgs21 및 Vds21)은 입력 트랜지스터(M21)의 내전압 능력(예를 들면, 약 2 볼트)보다 더 높을 수 있는 값들에 도달하지 않을 수 있으며, 이에 의해 이러한 트랜지스터를 보호한다. Meanwhile, as shown in the graphs labeled as CL in FIGS. 3b and 3c, the (AC peak values) of the gate-source voltage (Vgs 21 ) and the drain-source voltage (Vds 21 ) of the input transistor (M 21 ) of the second/final (protected) stage (e.g., A2 in FIG. 3a ) can be gradually flattened when the first/driver (protected) stage (e.g., A1 in FIG. 3a ) operates under high input RF power conditions (right side of line NL), especially when the supply current to the first/drive stage reaches its current limit. Because of this flattening (i.e. current/power limiting), the voltages of the (protected) second/final stage (Vgs 21 and Vds 21 ) may not reach values higher than the withstand voltage capability of the input transistor (M 21 ) (e.g. about 2 V), thereby protecting this transistor.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 2a의 보호 회로(220)에서 사용될 수 있는 본 개시의 추가 실시예들에 따른 전류 제한기 회로들의 간략화된 개략도를 도시한다. 특히, 이러한 도면들은 전류 미러(225)의 입력 레그(예를 들면, MIN)에 제공될 수 있는 기준 전류(Iref)의 생성을 위한 상이한 예시적인 회로들(예를 들면, 422a, 422b, 422c)을 도시한다. 이들은, 예를 들어, 공통-소스(예를 들면, NMOS FET) 트랜지스터(Mref)의 게이트에 제공되는 기준 전압(Vref)에 기초하여 기준 전류(Iref)를 생성하는 도 4a의 전압-전류 변환 회로(422a)를 포함한다. 따라서, 트랜지스터(Mref)의 I-V 특성에 따라, 기준 전압(Vref)의 값에 기초하여 기준 전류(Iref)의 값이 제어/조정/변경될 수 있다. FIGS. 4A, 4B and 4C illustrate simplified schematic diagrams of current limiter circuits according to additional embodiments of the present disclosure that may be used in the protection circuit (220) of FIG. 2A. In particular, these drawings illustrate different exemplary circuits (e.g., 422a, 422b and 422c) for generating a reference current (Iref) that may be provided to an input leg (e.g., M IN ) of a current mirror (225). These include, for example, a voltage-to-current converter circuit (422a) of FIG. 4A that generates the reference current (Iref) based on a reference voltage (Vref) provided to the gate of a common-source (e.g., NMOS FET) transistor (Mref). Accordingly, depending on the IV characteristics of the transistor (Mref), the value of the reference current (Iref) can be controlled/adjusted/varied based on the value of the reference voltage (Vref).
도 4b는 기준 전류(Iref)를 생성하는 데 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 전압-전류 변환 회로(422b)를 도시한다. 이러한 구현에서, 연산 증폭기(Op)의 비반전 입력 단자(도면에서 + 기호로 표시)에서 입력되고 연산 증폭기(Op)의 반전 입력 단자(도면에서 - 기호로 표시)에서 재생되는 전압(Vbg)은, 트랜지스터(Mref)의 소스에 커플링된다. 트랜지스터(Mref)의 소스가 (션트(shunted)) 저항기(Rref)를 통해 기준 접지에 커플링되기 때문에, 저항기(Rref) 양단의 전압 강하는 전압(Vbg)과 동일하며, 따라서 트랜지스터(Mref)를 통한 전류(즉, Iref)는 Vbg/Rref의 비율과 동일하다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 저항기(Rref)는, 단계적으로 및/또는 연속적으로 제어/변경될 수 있는 프로그래밍 가능, 가변, 또는 설정 가능한 저항을 선택적으로 가질 수 있다. 저항기(Rref)의 이러한 프로그래밍 가능성은 회로(422b)에 의해 제공되는 전압(Vbg) 대 전류(Iref) 응답의 교정을 허용할 수 있다. FIG. 4b illustrates another exemplary voltage-to-current converter circuit (422b) that may be used to generate a reference current (Iref). In this implementation, a voltage (Vbg), which is input at the non-inverting input terminal (indicated by a + symbol in the drawing) of the operational amplifier (Op) and reproduced at the inverting input terminal (indicated by a - symbol in the drawing) of the operational amplifier (Op), is coupled to the source of the transistor (Mref). Since the source of the transistor (Mref) is coupled to the reference ground through the (shunted) resistor (Rref), the voltage drop across the resistor (Rref) is equal to the voltage (Vbg), and thus the current through the transistor (i.e., Iref) is equal to the ratio of Vbg/Rref. According to exemplary embodiments of the present disclosure, the resistor (Rref) may optionally have a programmable, variable, or settable resistance that may be controlled/changed stepwise and/or continuously. This programmability of the resistor (Rref) can allow for calibration of the voltage (Vbg) versus current (Iref) response provided by the circuit (422b).
기준 전류(Iref)의 생성은 도 4c의 회로(422c)에 도시된 바와 같이 온도 보상을 포함할 수 있다. 이러한 구현에서, 회로(422c)에 의해 생성되는 전류(Iref)는 온도 변화에 대한 PA 모듈의 성능 변화/감도를 보상(예를 들면, 고려)하도록 설계되는 온도 프로파일을 포함할 수 있으며, 이것은 예를 들어, 주어진 성능 메트릭에 대한(예를 들어, 주어진 출력 전력에 대한) 공칭 바이어싱 전류(예를 들면, ICC1)의 증가 또는 감소를 포함할 수 있다. 이러한 온도 프로파일을 제공함으로써, 기준 전류(Iref) 및 이에 따른 전류 제한 조건의 트리거링은 주어진 온도에서 PA 모듈의(스테이지의) 감도에 적응될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 온도 프로파일의 구현을 위한 설계 기법들은, 예를 들어, PTAT(proportional to absolute temperature) 프로파일, CTAT(complementary proportional to absolute temperature) 프로파일, 또는 ZTAT(zero-proportionality to absolute temperature) 프로파일 중 하나 이상의 사용을 포함할 수 있다.The generation of the reference current (Iref) may include temperature compensation, as illustrated in the circuit (422c) of FIG. 4c. In such an implementation, the current (Iref) generated by the circuit (422c) may include a temperature profile that is designed to compensate for (e.g., take into account) performance variations/sensitivities of the PA module to temperature changes, which may include, for example, an increase or decrease in the nominal biasing current (e.g., I CC1 ) for a given performance metric (e.g., for a given output power). By providing such a temperature profile, the triggering of the reference current (Iref) and thus the current limit condition can be adapted to the sensitivity of the PA module (of the stage) at a given temperature. In some embodiments, design techniques for implementing such a temperature profile may include, for example, the use of one or more of a proportional to absolute temperature (PTAT) profile, a complementary proportional to absolute temperature (CTAT) profile, or a zero-proportionality to absolute temperature (ZTAT) profile.
도 5a 및 도 5b는 위에서 설명된 보호 회로(220)의 전류 제한기 회로(예를 들면, 도 2a 내지 도 4c)에 의해 제공될 수 있는 가능한 성능 단점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이며, 도 5c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 가능한 성능 단점들을 극복하기 위해 사용될 수 있는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 바이어싱 회로(상세 a로서 원으로 도시됨)의 단순화된 개략도를 도시한 것이다. 특히, 도 5c는 제 1 스테이지(A1) 및 보호 회로(220)에 관한 도 3a를 참조하여 전술한 구성의 일부를 도시한 것이며, 여기서 이러한 보호 회로(220)는 도 3a 및 도 4a/4b/4c를 참조하여 전술한 전류 소스/생성기들(222, 422a/b/c) 중 임의의 것일 수 있는 기준 전류 소스/생성기(522)를 포함한다.FIGS. 5A and 5B illustrate graphs illustrating possible performance drawbacks that may be introduced by the current limiting circuit of the protection circuit (220) described above (e.g., FIGS. 2A to 4C), and FIG. 5C illustrates a simplified schematic diagram of a biasing circuit (circled as detail a) according to an exemplary embodiment of the present disclosure that may be used to overcome the possible performance drawbacks illustrated in FIGS. 5A and 5B. In particular, FIG. 5C illustrates a portion of the configuration described above with reference to FIG. 3A regarding the first stage (A1) and the protection circuit (220), wherein the protection circuit (220) includes a reference current source/generator (522), which may be any of the current sources/generators (222, 422a/b/c) described above with reference to FIGS. 3A and 4A/4B/4C.
도 3a를 참조하여 앞서 언급된 바와 같이, 그리고 도 5c를 추가로 참조하여 도 5a의 그래프에 도시된 바와 같이, 제 1 스테이지(A1)의 입력 트랜지스터(M11)에 의한 요구 전류가 기준 전류(Iref)의 미러링된 값보다 클 때, 또는 다시 말해서, 전류 제한기(522, 225)가 생성하거나, 공급할 수 있는 (제한) 전류 보다 요구 전류가 큰 전류 제한 조건의 경우, 공급 전압(노드)(VCC1)에서의 전압은 제 1 스테이지(A1)를 통과하는 전류를 제한하기 위해 감소할 수 있다. 도 5a의 전력 제한 라인(NL)의 우측에서 볼 수 있는 공급 전압(VCC1)의 이러한 감소는 최대 수 볼트(DC)까지일 수 있다. 제 1 스테이지(A1)의 출력(상단) 트랜지스터(M1k)를 고려하면, 공급 전압(VCC1)에 DC 커플링된 대응하는 드레인 전압은 공급 전압(VCC1)에 따라 변할 수 있다. 따라서, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트에 대한 게이트 전압(Vg1k)이 고정/일정한 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트-드레인 전압(Vgd1k)은, 공급 전압(VCC1)에 따라 변할 수 있으며, 출력 트랜지스터(M1k)의 성능 및 따라서 일반적으로 제 1 스테이지(A1) 및 PA 모듈의 성능을 손상시키거나 그렇지 않으면 영향을 미치기에 충분히 높을 수 있는 전압 레벨에 도달할 수 있다. 다른 한편으로, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트로의 게이트 전압(Vg1k)이 공급 전압(VCC1)에 따라 달라지게 함으로써, 도 5c에 상세히 도시된 바이어싱 회로에 의해 행해지는 바와 같이, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트-드레인 전압(Vgd1k)은 공급 전압(VCC1)의 변화를 고려하여 실질적으로 고정/일정하게 유지될 수 있다. 도 5c에 상세 a로서 도시된 바이어싱 회로는 트랜지스터들(M12, ..., Vg1k)의 게이트들에 각각의 게이트 바이어싱 전압들(Vg12, ..., Vg1k)을 제공하기 위해 공급 전압 노드(VCC1)와 기준 접지 사이에 커플링되는 직렬 연결된 저항기들(R1, R2, ..., Rk)을 포함하는 저항기 래더를 포함할 수 있다.As mentioned above with reference to FIG. 3a , and with additional reference to FIG. 5c , as depicted in the graph of FIG. 5a , when the demand current by the input transistor (M 11 ) of the first stage (A1 ) is greater than the mirrored value of the reference current (Iref), or in other words, in the case of a current limiting condition where the demand current is greater than the (limiting) current that the current limiter (522, 225) can generate or supply, the voltage at the supply voltage (node) (V CC1 ) may be reduced to limit the current passing through the first stage (A1 ). This reduction in the supply voltage (V CC1 ), which can be seen on the right side of the power limiting line (NL) of FIG. 5a , may be up to several volts (DC). Considering the output (top) transistor (M 1k ) of the first stage (A1), the corresponding drain voltage, which is DC coupled to the supply voltage (V CC1 ), can vary with the supply voltage (V CC1 ). Therefore, when the gate voltage (Vg 1k ) for the gate of the output transistor (M 1k ) is fixed/constant, as illustrated in Fig. 5b, the gate-to-drain voltage (Vgd 1k ) of the output transistor (M 1k ) can vary with the supply voltage (V CC1 ) and may reach a voltage level which may be high enough to damage or otherwise affect the performance of the output transistor (M 1k ) and thus the performance of the first stage (A1) and the PA module in general. On the other hand, by making the gate voltage (Vg 1k ) to the gate of the output transistor (M 1k ) vary depending on the supply voltage (V CC1 ), as performed by the biasing circuit detailed in FIG. 5c , the gate-drain voltage (Vgd 1k ) of the output transistor (M 1k ) can be kept substantially fixed/constant taking into account the variation of the supply voltage (V CC1 ). The biasing circuit detailed a in FIG. 5c may include a resistor ladder including series-connected resistors (R 1 , R 2 , ..., R k ) coupled between the supply voltage node (V CC1 ) and the reference ground to provide respective gate biasing voltages (Vg 12 , ... , Vg 1k ) to the gates of the transistors (M 12 , ..., Vg 1k ).
도 6a는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 출력 전압 클램핑을 갖는 전류 제한기 회로(225, 522)의 단순화된 개략도를 도시한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 클램핑 회로(625)는 공급 전압(노드)(VCC1)에 커플링/연결되는 전류 제한기 회로(225)의 출력에서의 전압이 낮은 값을 클램핑/제한하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 도 5a/5c를 참조하여 전술한 바와 같은 전류 제한 조건 동안 공급 전압(노드)(VCC1)에서의 전압의 감소 정도는 클램핑 회로(625)에 의해 제어/제한될 수 있으며, 따라서 과전압(내압보다 높은 전압)에 대한 제 1 스테이지(A1)의 출력(상단) 트랜지스터(M1k)의 보호가 제공될 수 있다. 다시 말해서, 도 6a의 클램핑 회로(625)는 도 5c의 상세 a에 도시된 바이어싱 회로에 의해 제공되는 솔루션과 상이한 전류 제한 조건 동안, 공급 전압(노드)(VCC1)에서의 감소하는 전압과 연관된 트랜지스터 과전압 문제에 대한 솔루션을 제공할 수 있다. 도 5c 및 도 6a의 구성들 모두가 동일한 문제를 해결할 수 있지만, 이들은 문제에 대한 별개의 솔루션들로서 또는 함께 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. FIG. 6a illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit (225, 522) having output voltage clamping according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As illustrated in FIG. 6a, according to one embodiment of the present disclosure, the clamping circuit (625) can be used to clamp/limit a low value of voltage at the output of the current limiter circuit (225) coupled/connected to the supply voltage (node) (V CC1 ). Accordingly, the degree of voltage reduction at the supply voltage (node) (V CC1 ) during the current limiting condition as described above with reference to FIGS. 5a/5c can be controlled/limited by the clamping circuit (625), and thus protection of the output (upper) transistor (M 1k ) of the first stage (A1) against overvoltage (voltage higher than the withstand voltage) can be provided. In other words, the clamping circuit (625) of FIG. 6a can provide a solution to the transistor overvoltage problem associated with a decreasing voltage at the supply voltage (node) (V CC1 ) during a different current limiting condition than the solution provided by the biasing circuit illustrated in detail a of FIG. 5c . It should be noted that while both the configurations of FIG. 5c and FIG. 6a can solve the same problem, they can be used as separate solutions to the problem or together.
도 6a에 도시된 클램핑 회로(625)는 (클램핑, PMOS) 트랜지스터(MC)를 포함할 수 있으며, 이것은 전류 제한기 회로(225)의 출력에, 그리고 이에 따라 트랜지스터(MOUT)의 드레인에, 그리고 노드(VCC1)에 연결되는 게이트; 전류 미러(225)의 트랜지스터들(MIN, MOUT)의 게이트들을 연결하는 공통(게이트) 노드(NCG)에 연결되는 소스; 및 부하(Load)를 통해 기준 접지에 커플링되는 드레인을 포함한다. 정상 동작 조건들 동안, 노드(VCC1)에서의 전압은 트랜지스터(MC)의 게이트-소스 전압을 설정하기에 충분히 높을 수 있으며, 이것은 트랜지스터(MC)를 오프 상태(예를 들면, 비도통 상태)로 유지하기에 충분히 낮다. 한편, 전류 제한 조건 동안, 노드(VCC1)에서의 전압이 감소함에 따라, 트랜지스터(MC)의 게이트-소스 전압은 트랜지스터(MC)를 턴 온(예를 들면, 온 상태, 도통 상태)하기에 충분히 높은 레벨에 도달할 때까지 증가할 수 있다. 트랜지스터(MC)를 턴 온하면 트랜지스터(MC)의 게이트-소스 전압을 실질적으로 고정/일정한 레벨(예를 들면, 약 0.6 볼트)로 유지하면서, 트랜지스터(MOUT)에 의해 출력되는 전류(ICC1)의 증가를 허용하기 위해 공통(게이트) 노드(NCG)에서의 전압을 궁극적으로 낮출 수 있다. 따라서, 노드(VCC1)에서의 (하한) 전압은 트랜지스터들(MCC1 및 MIN)의 게이트-소스 전압들의 합에 의해, 또는 다시 말해서, 약 Vdd-(2*0.6) 볼트에서(약 0.6 볼트의 게이트-소스 전압을 가정하여) 설정될 수 있다. 다른 하한(클램핑) 전압 값들은 대응하는 ON 상태 게이트-소스 전압들(즉, 임계 전압들)을 제공하도록 트랜지스터들(MCC1 및 MIN)을 설계함으로써 획득될 수 있다. The clamping circuit (625) illustrated in FIG. 6a may include a (clamping, PMOS) transistor (M C ) having a gate connected to the output of the current limiter circuit (225), and thus to the drain of the transistor (M OUT ), and to a node (V CC1 ); a source connected to a common (gate) node (N CG ) connecting the gates of the transistors (M IN , M OUT ) of the current mirror (225); and a drain coupled to reference ground via a load (Load). During normal operating conditions, the voltage at the node (V CC1 ) may be sufficiently high to set the gate-to-source voltage of the transistor (M C ), which is sufficiently low to maintain the transistor (M C ) in an off state (e.g., non-conducting). Meanwhile, during the current limiting condition, as the voltage at the node (V CC1 ) decreases, the gate-source voltage of the transistor (M C ) can increase until it reaches a level high enough to turn on (e.g., in the on state, conducting state) the transistor (M C ). Turning on the transistor (M C ) can ultimately lower the voltage at the common (gate) node (N CG ) to allow an increase in the current (I CC1 ) output by the transistor (M OUT ) while maintaining the gate-source voltage of the transistor (M C ) at a substantially fixed/constant level (e.g., about 0.6 V). Thus, the (lower limit) voltage at the node (V CC1 ) can be set by the sum of the gate-source voltages of the transistors (M CC1 and M IN ), or in other words, at about Vdd-(2*0.6) V (assuming a gate-source voltage of about 0.6 V). Other lower limit (clamping) voltage values can be obtained by designing the transistors (M CC1 and M IN ) to provide corresponding ON-state gate-source voltages (i.e., threshold voltages).
도 6b 및 도 6c는 도 6a의 출력 전압 클램핑을 갖는 전류 제한기 회로(225, 522)에 의해 제공되는 성능 이점들을 나타내는 그래프들을 도시한 것이다. 특히, 전류 제한 조건(라인(NL)의 우측)에서, 도 6b의 그래프(CL)에 도시된 바와 같이, 출력 전압 클램핑이 제공되지 않을 때, 노드(VCC1)에서의 전압은, 도 6c의 그래프(CL)에 도시된 바와 같이, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트-드레인 전압(Vgd1k)의 과전압 조건(예를 들어, 약 2 볼트)을 야기하기에 충분히 낮을 수 있는 레벨들에 도달하도록 꾸준히/연속적으로 감소한다. 한편, 전류 제한 조건(라인(NL)의 우측)에서, 출력 전압 클램핑이 제공될 때, 도 6b의 그래프(CLP)에 도시된 바와 같이, 노드(VCC1)에서의 전압은, 예를 들면, 도 6c의 그래프(CLP)에 도시된 바와 같이, 출력 트랜지스터(M1k)의 게이트-드레인 전압(Vgd1k)의 과전압 조건(예를 들어, 약 2 볼트들)을 야기하지 않을 정도로 충분히 높을 수 있는 낮은/클램핑된 레벨에 도달하기 위해, 도 6b의 그래프(CL)에 비해 더 느린 레이트로 감소한다.FIGS. 6b and 6c illustrate graphs illustrating performance advantages provided by the current limiter circuit (225, 522) with the output voltage clamping of FIG. 6a. In particular, under current limiting conditions (right side of line NL), as illustrated in graph CL of FIG. 6b, when output voltage clamping is not provided, the voltage at node V CC1 steadily/continuously decreases to levels that may be low enough to cause an overvoltage condition (e.g., about 2 volts) of the gate-to-drain voltage (Vgd 1k ) of the output transistor (M 1k ), as illustrated in graph CL of FIG. 6c . Meanwhile, under current limiting conditions (right side of line (NL)), when output voltage clamping is provided, as shown in the graph (CLP) of Fig. 6b, the voltage at node (V CC1 ) decreases at a slower rate compared to the graph (CL) of Fig. 6b to reach a low/clamped level that may be sufficiently high not to cause an overvoltage condition (e.g., about 2 volts) of the gate-to-drain voltage (Vgd 1k ) of the output transistor (M 1k ), as shown in the graph (CLP) of Fig. 6c, for example.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 출력 전압의 사전 충전을 갖는 전류 제한기 회로(725, 522)의 단순화된 개략도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, (스위칭) 프리-차지 회로(pre-charge circuit)(728)는 전류 제한기 회로(725, 522)의 동작/사용 전에(예를 들면, 대기 동작 모드 동안) 바이패스 커패시터(C1)를 사전 충전하기 위해 전류 미러(725)에 커플링될 수 있으며, 이에 의해 바이패스 커패시터(C1)의 충전 시간을 포함할 수 있는 전류 제한기 회로(725, 522)의 턴 온 시간을 공칭 동작 전압(노드(VCC1)에서)으로 개선할 수 있다. FIG. 7 illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit (725, 522) having pre-charging of an output voltage according to an exemplary embodiment of the present disclosure. As illustrated in FIG. 7, a (switching) pre-charge circuit (728) may be coupled to the current mirror (725) to pre-charge the bypass capacitor (C1) prior to operation/use of the current limiter circuit (725, 522) (e.g., during a standby operation mode), thereby improving the turn-on time of the current limiter circuit (725, 522), which may include the charging time of the bypass capacitor (C1), to the nominal operating voltage (at node (V CC1 )).
본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 프리-차지 회로(728)는 공통(게이트) 노드(NCG) 및 기준 접지에 커플링/연결되는 각각의 단자들을 갖는 제 1(예를 들면, 단극(single-pole), 단일 스로우(single throw), SPST) 스위치(SW1), 및 전류 미러(725)의 공통(게이트) 노드(NCG) 및 트랜지스터(MIN)의 드레인 노드에 커플링/연결된 각각의 단자들을 갖는 제 2(예를 들면, 단극, 단일 스로우, SPST) 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 사전 충전 동작 모드 동안(도 7에 도시된, 프리-차지 회로(728)가 활성화됨), 제 1 스위치(SW1)는 폐쇄될 수 있고, 제 2 스위치(SW2)는 개방될 수 있으며, 따라서 전류 미러(725)의 트랜지스터(MOUT)의 게이트는 접지될 수 있고, 트랜지스터(MOUT)는 바이패스 커패시터(C1)를 공칭 동작 전압으로 충전하도록 전류를 전달할 수 있다. 동시에, 제 2 스위치(SW2)가 개방됨으로써, 트랜지스터(MIN)를 통해 누설되는 전류가 공통(게이트) 노드(NCG)에 도달하여 잠재적으로 트랜지스터(MOUT)의 도통 상태에 영향을 미칠 가능성을 제거할 수 있다. 다른 한편으로, 프리-차지 회로(728)가 활성화되지 않을 때(예를 들면, 비활성화, 비활성 상태), 제 1 스위치(SW1)가 개방될 수 있고 제 2 스위치(SW2)는 폐쇄될 수 있으며, 따라서, 예를 들어, 트랜지스터(MIN)의 드레인의 공통(게이트) 노드(NCG)로의 연결을 재설정하는 것, 및 공통(게이트) 노드(NCG)를 기준 접지로부터 디커플링하는 것을 포함하는, 전술한 전류 제한기 회로들에 따라 전류 제한기 회로(725, 522)의 구성을 재설정할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, as illustrated in FIG. 7, the pre-charge circuit (728) may include a first (e.g., single-pole, single throw, SPST) switch (SW1) having respective terminals coupled/connected to a common (gate) node (N CG ) and a reference ground, and a second (e.g., single-pole, single throw, SPST) switch ( SW2 ) having respective terminals coupled/connected to the common (gate) node (N CG ) of the current mirror (725) and the drain node of the transistor (M IN ). During the pre-charge operation mode (the pre-charge circuit (728) illustrated in FIG. 7 is activated), the first switch (SW1) can be closed and the second switch (SW2) can be opened, so that the gate of the transistor (M OUT ) of the current mirror (725) can be grounded, and the transistor (M OUT ) can conduct current to charge the bypass capacitor (C1) to the nominal operating voltage. At the same time, the second switch (SW2) is opened, thereby eliminating the possibility that current leaking through the transistor (M IN ) can reach the common (gate) node (N CG ) and potentially affect the conduction state of the transistor (M OUT ). On the other hand, when the pre-charge circuit (728) is not activated (e.g., in a disabled, inactive state), the first switch (SW1) can be opened and the second switch (SW2) can be closed, thereby resetting the configuration of the current limiter circuit (725, 522 ) according to the current limiter circuits described above, including, for example, re-establishing the connection of the drain of the transistor (M IN ) to the common (gate) node (N CG ) and decoupling the common (gate) node (N CG ) from the reference ground.
도 8a/도 8b/도 8c에 도시된 바와 같이, 선택적인 성능 향상들(예를 들면, 도 5c/도 6a/도 7)과 함께 전술한 전류 제한기 회로들 중 임의의 것을 포함하는 보호 회로(220)는, 동일한 스테이지의 보호 및/또는 임의의 다음 스테이지의 보호(반드시 바로 다음/인접한 스테이지는 아님)를 위해 스테이지로 전류를 제한하는 것에 의해 PA 모듈을 보호하기 위해 PA 모듈의 임의의 하나 이상의 스테이지들에 사용/커플링될 수도 있다. 이것은, 예를 들어, 도 8a의 구성(800a)에 따른 출력 스테이지(예를 들면, A2); 도 8b의 구성(800b)에 따른 복수의(p개의) 캐스케이드형 스테이지들(A1, ..., Ak, ..., Ap) 중 스테이지(Ak); 또는 도 8c의 구성(800c)에 도시된 바와 같은, 이러한 스테이지들(예를 들면, A1 및 Ak)이 동일한 보호 회로(220)를 공유하도록 하는 복수의 스테이지들(예를 들면, A1 및 Ak)에 대한 연결/커플링을 포함할 수 있다. 이러한 구성들은, 예를 들어, 보호 회로가 커플링될 수 있는 스테이지들의 동작 전력 조건들/레벨들에 기초할 수 있는 전류 제한 회로에 상이한 요건들(예를 들면, 전류 크기들, 트랜지스터(MOUT)의 크기)을 부과할 수 있다는 점에 유의해야 한다. As illustrated in FIGS. 8a/8b/8c, a protection circuit (220) including any of the current limiting circuits described above along with optional performance enhancements (e.g., FIGS. 5c/6a/7) may be used/coupled to any one or more stages of the PA module to protect the PA module by limiting current to the stage for protection of the same stage and/or protection of any subsequent stage (not necessarily the immediately subsequent/adjacent stage). This may include, for example, an output stage (e.g., A2) according to the configuration (800a) of FIG. 8a; a stage (Ak) of the (p) cascaded stages (A1, ..., Ak, ..., Ap) according to the configuration (800b) of FIG. 8b; Alternatively, such configurations may include connection/coupling of multiple stages (e.g., A1 and Ak) such that these stages (e.g., A1 and Ak) share the same protection circuit (220), as illustrated in the configuration (800c) of FIG. 8c. It should be noted that such configurations may impose different requirements (e.g., current magnitudes, size of transistor (M OUT )) on the current limiting circuit, which may be based on, for example, operating power conditions/levels of the stages to which the protection circuit may be coupled.
도 9는 복수의 RF 전력 증폭기(PA) 모듈들(PA1, PA2, ..., PAk) 사이에서 공유되는 보호 회로(예를 들면, 전류 제한기를 포함하는 220)의 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 구성(900)을 도시한 것이며, 각 모듈은 복수의 캐스케이드형 스테이지들(예를 들면, A11, A21; A12, A22; ...; 및 A1k, A2k) 및 복수의 매칭 네트워크들(예를 들면, MN01, MN11, MN21; MN02, MN12, MN22; ...; 및 MN0k, MN1k, MN2k)을 포함한다. 도 9에 도시된 구성(900)에서, 임의의 주어진 시간에, PA 모듈들(PA1, PA2, ..., PAk) 중 하나는 증폭된 RF 신호(RFout1, RFout2, ..., RFoutk)의 송신을 위해 안테나 스위치(도시되지 않음)를 통해 안테나(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 전류 제한기를 갖는 보호 회로(220)가 커플링/연결되는 PA 모듈들(PA1, PA2, ..., PAk) 각각의 스테이지(예를 들면, A11, A12, A1k)는 각각의 동작 전력 조건들/레벨들에 기초하여 전류 제한 회로에 상이한 요건들(예를 들면, 전류 크기들, 트랜지스터 MOUT의 크기)을 부과할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 보호 회로(220)에서 사용되는 전류 제한기 회로의 기준 전류(예를 들면, 도 4a/도 4b의 회로(222)에 의해 생성되는 Iref) 및/또는 트랜지스터들(MIN 및 MOUT)의 크기들의 비율의 프로그래밍 가능성은 PA 모듈들(PA1, PA2, ..., PAk) 각각에 대해 상이한 전류 제한들을 프로그래밍하는 것을 허용할 수 있다. FIG. 9 illustrates a configuration (900) according to another embodiment of the present disclosure of a protection circuit (e.g., including a current limiter 220) shared between a plurality of RF power amplifier (PA) modules (PA1, PA2, ..., PAk), each module including a plurality of cascaded stages (e.g., A1 1 , A2 1 ; A1 2 , A2 2 ; ...; and A1 k , A2 k ) and a plurality of matching networks (e.g., MN 01 , MN 11 , MN 21 ; MN 02 , MN 12 , MN 22 ; ...; and MN 0k , MN 1k , MN 2k ). In the configuration (900) illustrated in FIG. 9, at any given time, one of the PA modules (PA1, PA2, ..., PAk) can be coupled to an antenna (not shown) via an antenna switch (not shown) for transmission of an amplified RF signal (RFout 1 , RFout 2 , ..., RFout k ). It should be noted that each stage (e.g., A1 1 , A1 2 , A1 k ) of the PA modules (PA1, PA2, ..., PAk) to which the protection circuit (220) having a current limiter is coupled/connected may impose different requirements (e.g., current magnitudes, size of transistor M OUT ) on the current limiting circuit based on their respective operating power conditions/levels. The possibility of programming the reference current of the current limiter circuit used in the protection circuit (220) (e.g. Iref generated by the circuit (222) of FIG. 4a/FIG. 4b) and/or the ratio of the sizes of the transistors (M IN and M OUT ) may allow programming different current limits for each of the PA modules (PA1, PA2, ..., PAk).
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 내장된 RF 필터 회로(1025)를 갖는 전류 제한기 회로(225, 522)의 단순화된 개략도를 도시한다. 전류 제한기 회로(225, 522)는 도 3a 및 도 4a/4b/4c를 참조하여 전술한 전류 소스/생성기들(222, 422a/b/c) 중 임의의 것일 수 있는 기준 전류 소스/생성기(522)를 포함할 수 있다. RF 필터 회로(1025)는 전류 미러(225)의 트랜지스터들(MIN, MOUT)의 게이트들 사이에 직렬로 연결된 저항기(RFL)와 트랜지스터(MOUT)의 게이트에서 저항기(RFL)에 연결되는 제 1 단자, 및 공급 전압(Vdd)에 연결된 제 2 단자를 갖는 커패시터(CFL)를 포함할 수 있다. 저항기(RFL) 및 커패시터(CFL)의 조합은, 예를 들어, RF 엔벨로프 신호를 포함하는, (L1, C1)의 조합에 의해 충분히 감쇠되지 않을 수 있는 인덕터(L1)에 커플링되는 RF 신호의 성분들을 감쇠시킬 수 있는 필터를 형성할 수 있다. 이러한 RF 엔벨로프 신호는 (L1, C1)의 조합에 의해 감쇠를 위해 타겟팅된 RF 신호의 중심 주파수보다 충분히 낮은 주파수를 포함할 수 있기 때문에, 후자의 조합에 의해 충분히 감쇠되지 않을 수 있다. (L1, C1)을 통한 더 높은 주파수 성분들 및 (RFL, CFL)을 통한 더 낮은 주파수 성분들을 포함하는 RF 신호 관련 주파수 성분들의 감쇠/제거는 전류 제한기 회로(225, 522)의 개선된 안정성/성능을 허용할 수 있다. FIG. 10 illustrates a simplified schematic diagram of a current limiter circuit (225, 522) having an embedded RF filter circuit (1025) according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The current limiter circuit (225, 522) may include a reference current source/generator (522), which may be any of the current sources/generators (222, 422a/b/c) described above with reference to FIGS. 3A and 4A/4B/4C. The RF filter circuit (1025) may include a resistor (R FL ) connected in series between the gates of the transistors (M IN , M OUT ) of the current mirror (225) and a capacitor (C FL ) having a first terminal connected to the resistor (R FL ) at the gate of the transistor (M OUT ) and a second terminal connected to a supply voltage (Vdd). The combination of resistor (R FL ) and capacitor (C FL ) can form a filter that can attenuate components of the RF signal coupled to the inductor (L1) that may not be sufficiently attenuated by the combination of (L1, C1), for example, including the RF envelope signal. Since this RF envelope signal may include frequencies that are sufficiently lower than the center frequency of the RF signal targeted for attenuation by the combination of (L1, C1), it may not be sufficiently attenuated by the latter combination. Attenuation/removal of RF signal related frequency components, including higher frequency components via (L1, C1) and lower frequency components via (R FL , C FL ), can allow for improved stability/performance of the current limiter circuit (225, 522).
도 11은 검출된 파라미터 값들에 기초하여 동작이 제어될 수 있는 보호 회로(220)를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈(예를 들면, 캐스케이드형 스테이지들 A1, ..., Ak, ..., Ap를 포함함)의 본 개시의 실시예에 따른 구성(1100)을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 검출기 회로(1145)는 하나 이상의 파라미터들의 값들을 검출하고, 전류 제한기의 동작을 포함하는, 보호 회로(220)의 동작을 대응하여 제어할 수 있는 제어기 회로(1135)에 이러한 값들을 공급할 수 있다. 본 개시의 예시적인 실시예에 따르면, 검출기에 의해 검출(예를 들면, 감지)되는 하나 이상의 파라미터들은,(예를 들면, PA 모듈 또는 그 스테이지의 부근에서의) 로컬 온도 또는(예를 들면, PA 모듈을 포함하는 디바이스가 동작하는 실내의) 주변 온도와 같은 온도; 또는 예를 들어, 배터리 전압(예를 들면, Vdd)을 포함하는 전압일 수 있다. 검출된 파라미터(들) 값(들)에 기초하여, 제어기 회로(1135)는 예를 들어 기준 전류(예를 들면, 도 4a/4b의 Iref)의 크기를 제어/수정할 수 있으며, 따라서 전류 제한 조건을 트리거할 수 있는 전류 제한을 제어/수정할 수 있다. FIG. 11 illustrates a configuration (1100) of an RF power amplifier (PA) module (e.g., including cascaded stages A1, ..., Ak, ..., Ap) having a protection circuit (220) whose operation can be controlled based on detected parameter values, according to an embodiment of the present disclosure. As illustrated in FIG. 11, a detector circuit (1145) can detect values of one or more parameters and provide these values to a controller circuit (1135) that can correspondingly control the operation of the protection circuit (220), including operation of a current limiter. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the one or more parameters detected (e.g., sensed) by the detector can be: a temperature, such as a local temperature (e.g., in the vicinity of the PA module or a stage thereof) or an ambient temperature (e.g., of a room in which a device including the PA module operates); or a voltage, such as a battery voltage (e.g., Vdd). Based on the detected parameter(s) value(s), the controller circuit (1135) can control/modify, for example, the magnitude of a reference current (e.g., Iref of FIGS. 4a/4b), and thus control/modify a current limit that can trigger a current limit condition.
도 12는 보호 회로를 갖는 RF 전력 증폭기(PA) 모듈의 본 개시의 일 실시예에 따른 구성(1200)을 도시한 것이며, RF PA 모듈은 바이폴라 트랜지스터들(예를 들면, Tr1, Tr2)을 포함한다. 도 12의 구성(1200)은 도 3a를 참조하여 전술한 구성(300a)과 유사할 수 있으며, PA 모듈의 스테이지들(A1, A2)은 스택형(MOS FET) 트랜지스터들의 캐스코드 배열, (M11, M12, ... M1k) 및 (M21, M22, ... M2k) 대신에 각각의 바이폴라 트랜지스터들(Tr1, Tr2)을 포함한다. 따라서, 제 1 스테이지(A1)에 대한 (DC) 공급 전류(ICC1)를 제한함으로써, 그 스테이지 자체는 물론 다음 스테이지(A2)도, 도 2a 내지 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이 높은 입력 RF 전력 조건들로부터 보호될 수 있다. FIG. 12 illustrates a configuration (1200) according to one embodiment of the present disclosure of an RF power amplifier (PA) module having a protection circuit, wherein the RF PA module includes bipolar transistors (e.g., Tr1, Tr2). The configuration (1200) of FIG. 12 may be similar to the configuration (300a) described above with reference to FIG. 3a, except that the stages (A1, A2) of the PA module include respective bipolar transistors (Tr1, Tr2) instead of a cascode arrangement of stacked (MOS FET) transistors, (M 11 , M 12 , ... M 1k ) and (M 21 , M 22 , ... M 2k ). Thus, by limiting the (DC) supply current (I CC1 ) to the first stage (A1), that stage itself as well as the next stage (A2) can be protected from high input RF power conditions as described with reference to FIGS. 2a to 11.
도 13은 높은 입력 전력 조건으로부터 멀티-스테이지 증폭기를 보호하기 위한 방법의 다양한 단계들을 도시하는 프로세스 차트(1300)이다. 프로세스 차트(1300)에서 알 수 있는 바와 같이, 방법은, 단계(1310)에 따라, 전류 제한기 회로의 출력 레그를 멀티-스테이지 증폭기의 제 1 스테이지의 공급 전압 노드에 커플링시키는 것, 및 단계(1320)에 따라, 커플링에 기초하여, 전류 제한기의 입력 레그를 통해 흐르는 기준 전류를 기반으로 공급 전압 노드로부터 제 1 스테이지를 통해 흐르는 전류의 높은 값을 제한하는 것을 포함한다. FIG. 13 is a process chart (1300) illustrating various steps of a method for protecting a multi-stage amplifier from high input power conditions. As can be seen from the process chart (1300), the method includes, at step (1310), coupling an output leg of a current limiter circuit to a supply voltage node of a first stage of the multi-stage amplifier, and, at step (1320), limiting a high value of current flowing through the first stage from the supply voltage node based on a reference current flowing through the input leg of the current limiter based on the coupling.
본 개시에 따른 소프트 셧다운을 위한 전류 제한을 갖는 보호 회로를 갖는 PA 모듈의 다양한 실시예들은 당업자에게 알려진 임의의 제조 기술 및 프로세스에 따라 모놀리식(monolithic) 집적 회로(IC)로서 구현될 수 있음에 유의해야 한다. It should be noted that various embodiments of the PA module having a protection circuit with current limiting for soft shutdown according to the present disclosure can be implemented as a monolithic integrated circuit (IC) according to any manufacturing technique and process known to those skilled in the art.
다양한 실시예들의 신규한 장치 및 시스템들을 포함할 수 있는 애플리케이션들은 고속 컴퓨터들에서 사용되는 전자 회로, 통신 및 신호 처리 회로, 모뎀들, 단일 또는 다중-프로세서 모듈들, 단일 또는 다중 임베디드 프로세서들, 데이터 스위치들, 및 다층, 다중-칩 모듈들을 포함하는 애플리케이션-특정 모듈들을 포함한다. 이러한 장치 및 시스템들은 다양한 전자 시스템들, 예를 들면, 텔레비전들, 셀룰러 전화기들, 개인용 컴퓨터들(예를 들면, 랩톱 컴퓨터들, 데스크톱 컴퓨터들, 핸드헬드 컴퓨터들, 태블릿 컴퓨터들 등), 워크스테이션들, 라디오들, 비디오 플레이어들, 오디오 플레이어들(예를 들면, mp3 플레이어들), 차량들, 의료 디바이스들(예를 들면, 심장 모니터, 혈압 모니터 등) 및 다른 것들 내에 서브-컴포넌트들로서 추가로 포함될 수 있다. 일부 실시예들은 다수의 방법들을 포함할 수 있다.Applications that may include the novel devices and systems of the various embodiments include electronic circuits used in high-speed computers, communications and signal processing circuits, modems, single or multi-processor modules, single or multiple embedded processors, data switches, and application-specific modules including multi-layer, multi-chip modules. These devices and systems may further be incorporated as sub-components within various electronic systems, such as televisions, cellular telephones, personal computers (e.g., laptop computers, desktop computers, handheld computers, tablet computers, etc.), workstations, radios, video players, audio players (e.g., mp3 players), vehicles, medical devices (e.g., heart monitors, blood pressure monitors, etc.), and others. Some embodiments may include multiple methods.
용어 "MOSFET"은 기술적으로 금속-산화물-반도체를 지칭하고; MOSFET에 대한 다른 동의어는 금속-절연체-반도체 FET에 대한 "MISFET"이다. 그러나, "MOSFET"은 대부분의 유형의 절연 게이트 FET들("IGFET들")에 대한 공통 라벨이 되었다. 그럼에도 불구하고, MOSFET 및 MISFET의 명칭에서 용어 "금속"은 이제 종종 잘못된 명칭이라는 것이 잘 알려져 있으며, 그 이유는 이전의 금속 게이트 재료가 이제 종종 폴리실리콘(다결정 실리콘)의 층이기 때문이다. 유사하게, MOSFET이라는 명칭의 "산화물"은 더 작은 인가 전압들을 갖는 강한 채널들을 얻기 위해 상이한 유전체 재료가 사용되기 때문에 잘못된 이름일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "MOSFET"은 문자 그대로 금속-산화물-반도체로 제한되는 것으로 판독되는 것이 아니라, 대신에 일반적으로 IGFET를 포함한다. The term "MOSFET" technically refers to metal-oxide-semiconductor; another synonym for MOSFET is "MISFET" for metal-insulator-semiconductor FET. However, "MOSFET" has become a common label for most types of insulated gate FETs ("IGFETs"). Nevertheless, it is well known that the term "metal" in the names of MOSFETs and MISFETs is now often a misnomer, since the former metal gate material is now often a layer of polysilicon (polycrystalline silicon). Similarly, the "oxide" in the name MOSFET can be a misnomer, since different dielectric materials are used to obtain stronger channels with lower applied voltages. Therefore, the term "MOSFET" as used herein is not to be read as being literally limited to metal-oxide-semiconductor, but instead generally includes IGFETs.
본 발명의 다양한 실시예들은 매우 다양한 사양들을 충족시키도록 구현될 수 있다. 위에서 달리 언급되지 않는 한, 적합한 성분 값들의 선택은 설계 선택의 문제이고, 본 발명의 다양한 실시예들은 임의의 적합한 IC 기술(MOSFET 및 IGFET 구조들을 포함하지만 이에 제한되지 않음)로, 또는 하이브리드 또는 이산 회로 형태들로 구현될 수 있다. 집적 회로 실시예들은 표준 벌크 실리콘, 실리콘-온-절연체(SOI), 실리콘-온-사파이어(SOS), GaN HEMT, GaAs pHEMT, 및 MESFET 기술들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 기판들 및 프로세스들을 사용하여 제조될 수 있다. 그러나, 전술한 본 발명의 개념은 SOI 기반 제조 프로세스(SOS를 포함함), 및 유사한 특성을 갖는 제조 프로세스들에 특히 유용하다. SOI 또는 SOS 상의 CMOS에서의 제조는 낮은 전력 소비, FET 적층으로 인한 동작 동안 높은 전력 신호들을 견디는 능력, 양호한 선형성, 및 고주파 동작(약 10 GHz 초과, 특히 약 20 GHz 초과)을 가능하게 한다. 모놀리식 IC 구현은 특히 유용하며, 그 이유는 기생 커패시턴스들이 일반적으로 주의 깊은 설계에 의해 낮게(또는 최소로, 모든 유닛들에 걸쳐 균일하게 유지되어, 그들이 보상될 수 있게 하기 때문이다) 유지될 수 있기 때문이다. Various embodiments of the present invention may be implemented to meet a wide variety of specifications. Unless otherwise noted above, selection of suitable component values is a matter of design choice, and the various embodiments of the present invention may be implemented in any suitable IC technology (including but not limited to MOSFET and IGFET structures), or in hybrid or discrete circuit forms. The integrated circuit embodiments may be fabricated using any suitable substrates and processes, including but not limited to standard bulk silicon, silicon-on-insulator (SOI), silicon-on-sapphire (SOS), GaN HEMT, GaAs pHEMT, and MESFET technologies. However, the inventive concepts described above are particularly useful in SOI-based fabrication processes (including SOS), and fabrication processes having similar characteristics. Fabrication in CMOS on SOI or SOS allows for low power consumption, the ability to withstand high power signals during operation due to the stacking of FETs, good linearity, and high frequency operation (greater than about 10 GHz, and particularly greater than about 20 GHz). Monolithic IC implementations are particularly useful because parasitic capacitances can usually be kept low (or at a minimum, since they are kept uniform across all units, allowing them to be compensated for) by careful design.
전압 레벨들은 특정 사양 및/또는 구현 기술(예를 들면, NMOS, PMOS, 또는 CMOS, 및 강화 모드 또는 공핍 모드 트랜지스터 디바이스들)에 따라 조정되거나 전압 및/또는 논리 신호 극성들이 반전될 수 있다. 컴포넌트 전압, 전류, 및 전력 처리 능력들은, 예를 들어, 디바이스 크기들을 조정하고, 더 큰 전압들을 견디기 위해 컴포넌트들(특히 FET들)을 직렬로 "적층"하고, 및/또는 더 큰 전류들을 처리하기 위해 다수의 컴포넌트들을 병렬로 사용함으로써 필요에 따라 적응될 수 있다. 개시된 회로들의 능력들을 향상시키기 위해 및/또는 개시된 회로들의 기능을 상당히 변경하지 않고 추가적인 기능들을 제공하기 위해 추가적인 회로 컴포넌트들이 추가될 수 있다.Voltage levels may be adjusted, or voltage and/or logic signal polarities may be inverted, depending on particular specifications and/or implementation technology (e.g., NMOS, PMOS, or CMOS, and enhancement-mode or depletion-mode transistor devices). Component voltage, current, and power handling capabilities may be adapted as needed, for example, by adjusting device sizes, "stacking" components (particularly FETs) in series to withstand higher voltages, and/or using multiple components in parallel to handle higher currents. Additional circuit components may be added to enhance the capabilities of the disclosed circuits and/or to provide additional functions without significantly altering the functionality of the disclosed circuits.
상기 제시된 예들은 설명된 실시예들을 만들고 사용하는 방법에 대한 완전한 개시 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제공되며, 출원인이 발명인 것으로 간주되는 것의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 이러한 실시예들은, 예를 들어, 현재의 통신 시스템들(예를 들면, WCDMA, LTE, WiFi 등)에 대한 모바일 핸드셋들 내에서 사용될 수 있으며, 여기서 100 MHz 초과의 주파수 콘텐츠를 갖는 그리고 50 mW 초과의 전력 레벨들에서의 신호들의 증폭이 요구될 수 있다. 당업자는 제시된 실시예들의 다른 적절한 구현들을 찾을 수 있다. The examples presented above are provided to provide those skilled in the art with a complete disclosure and description of how to make and use the described embodiments and are not intended to limit the scope of what the applicants consider to be their invention. These embodiments may be used, for example, in mobile handsets for current communication systems (e.g., WCDMA, LTE, WiFi, etc.) where amplification of signals having frequency content greater than 100 MHz and at power levels greater than 50 mW may be required. Those skilled in the art will be able to find other suitable implementations of the presented embodiments.
당업자에게 명백한, 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들을 수행하기 위한 전술한 모드들의 수정들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서에 언급된 모든 특허 및 간행물은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자의 기술 수준을 나타낸다. 본 개시에 인용된 모든 참조는 각각의 참조가 그 전체가 개별적으로 참조에 의해 통합되었던 것과 동일한 정도로 참조에 의해 통합된다. Modifications of the above-described modes for carrying out the methods and systems disclosed herein that are obvious to those skilled in the art are intended to be within the scope of the following claims. All patents and publications mentioned in this specification are indicative of the level of skill of those skilled in the art to which this disclosure pertains. All references cited in this disclosure are incorporated by reference to the same extent as if each reference were individually incorporated by reference in its entirety.
본 개시는 특정 방법들 또는 시스템들로 제한되지 않으며, 이는 물론 다양할 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는, 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 참조 대상을 포함한다. "복수"라는 용어는 그 내용이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 한 두개 이상의 참조 대상을 포함한다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. It is to be understood that the present disclosure is not limited to particular methods or systems, which may of course vary. Furthermore, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. As used in this specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. The term “plural” includes more than one referent unless the content clearly dictates otherwise. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
본 개시의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.A number of embodiments of the present disclosure have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims.
Claims (27)
복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들; 및
상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 중 제 1 스테이지의 공급 전압 노드에 커플링되는 보호 회로 - 상기 제 1 스테이지는 상기 공급 전압 노드와 기준 접지 사이에서 동작함 - 를 포함하며,
상기 보호 회로는,
상기 제 1 스테이지를 통해 상기 공급 전압 노드로부터 상기 기준 접지로 흐르는 공급 전류의 높은 값(high value)을 제한하도록 구성되는 전류 제한기 회로 - 상기 공급 전류의 상기 높은 값은 기준 전류의 크기에 기초함 - 를 포함하는, 회로.As a circuit,
multiple cascaded amplifier stages; and
A protection circuit coupled to a supply voltage node of a first stage of the plurality of cascaded amplifier stages, the first stage operating between the supply voltage node and a reference ground,
The above protection circuit,
A circuit comprising a current limiter circuit configured to limit a high value of supply current flowing from the supply voltage node to the reference ground through the first stage, wherein the high value of the supply current is based on a magnitude of the reference current.
상기 전류 제한기 회로는,
상기 기준 전류를 생성하도록 구성되는 기준 전류 소스; 및
입력 레그(input leg) 및 출력 레그(output leg)를 포함하는 전류 미러(current mirror) - 상기 입력 레그는 상기 기준 전류 소스에 커플링되고 상기 출력 레그는 상기 공급 전압 노드에 커플링됨 - 를 포함하는, 회로. In paragraph 1,
The above current limiter circuit,
a reference current source configured to generate the above reference current; and
A circuit comprising a current mirror having an input leg and an output leg, the input leg coupled to the reference current source and the output leg coupled to the supply voltage node.
상기 기준 전류 소스는,
상기 전류 미러의 상기 입력 레그에 커플링되는 공통-소스 트랜지스터 - 상기 기준 전류는 상기 공통-소스 트랜지스터의 게이트에 제공되는 전압에 기초하여 상기 공통-소스 트랜지스터를 통해 흐르는 전류임 - 를 포함하는, 회로.In the second paragraph,
The above reference current source is,
A circuit comprising a common-source transistor coupled to the input leg of the current mirror, wherein the reference current is a current flowing through the common-source transistor based on a voltage provided to a gate of the common-source transistor.
상기 기준 전류 소스는,
상기 전류 미러의 상기 입력 레그에 커플링되는 션트 저항기(shunted resistor); 및
반전 입력 단자를 갖는 연산 증폭기 - 상기 반전 입력 단자는 상기 션트 저항기에 커플링되어, 상기 연산 증폭기의 비반전 입력 단자에서 제공되는 전압에 기초하여 상기 션트 저항기 양단의 전압 강하를 설정함 - 를 포함하는, 회로. In the second paragraph,
The above reference current source is,
a shunted resistor coupled to the input leg of the current mirror; and
A circuit comprising an operational amplifier having an inverting input terminal, the inverting input terminal coupled to the shunt resistor, the circuit setting a voltage drop across the shunt resistor based on a voltage provided at a non-inverting input terminal of the operational amplifier.
상기 션트 저항기는 그 게이트가 상기 연산 증폭기의 출력에 커플링되는 기준 트랜지스터를 통해 상기 입력 레그에 커플링되며,
상기 기준 트랜지스터는 상기 입력 레그의 입력 트랜지스터와 직렬 연결되는, 회로. In paragraph 5,
The above shunt resistor is coupled to the input leg through a reference transistor whose gate is coupled to the output of the operational amplifier,
A circuit wherein the above reference transistor is connected in series with the input transistor of the above input leg.
상기 션트 저항기는 튜닝 가능한 저항을 포함하는, 회로. In paragraph 5,
A circuit wherein the above shunt resistor comprises a tunable resistor.
상기 기준 전류 소스는 온도 보상 프로파일을 포함하는, 회로. In the second paragraph,
The circuit, wherein the reference current source includes a temperature compensation profile.
상기 보호 회로는 상기 공급 전압 노드에서 저전압 레벨을 제한하도록 구성되는 클램프 회로(clamp circuit)를 더 포함하는, 회로. In the second paragraph,
A circuit wherein the protection circuit further comprises a clamp circuit configured to limit an undervoltage level at the supply voltage node.
상기 저전압 레벨은,
상기 전류 미러에 대한 공급 전압의 레벨과,
상기 클램프 회로의 클램핑 트랜지스터의 게이트-소스 전압과 상기 전류 미러의 상기 입력 레그의 입력 트랜지스터의 합
간의 차이에 기초하는, 회로. In Article 9,
The above low voltage level is,
The level of the supply voltage to the above current mirror,
The sum of the gate-source voltage of the clamping transistor of the above clamp circuit and the input transistor of the input leg of the above current mirror
Circuit based on the difference between the two.
상기 클램핑 트랜지스터의 게이트는 상기 공급 전압 노드에 커플링되고,
상기 클램핑 트랜지스터의 소스는 상기 전류 미러의 상기 출력 레그의 출력 트랜지스터의 게이트에 커플링되며,
상기 클램핑 트랜지스터의 드레인은 부하를 통해 상기 기준 접지에 커플링되는, 회로. In Article 10,
The gate of the above clamping transistor is coupled to the supply voltage node,
The source of the above clamping transistor is coupled to the gate of the output transistor of the above output leg of the above current mirror,
A circuit wherein the drain of the above clamping transistor is coupled to the reference ground through a load.
상기 보호 회로는, 상기 보호 회로의 대기 동작 모드 동안, 상기 공급 전압 노드에 커플링된 바이패스 커패시터를 충전하도록 구성되는 프리-차지 회로(pre-charge circuit)를 더 포함하는, 회로. In the second paragraph,
A circuit wherein the protection circuit further comprises a pre-charge circuit configured to charge a bypass capacitor coupled to the supply voltage node during a standby operation mode of the protection circuit.
상기 프리-차지 회로는,
상기 전류 미러의 상기 출력 레그의 출력 트랜지스터의 게이트와 상기 기준 접지 사이에 커플링되는 제 1 스위치; 및
상기 전류 미러의 상기 입력 레그의 입력 트랜지스터의 게이트와 상기 입력 트랜지스터의 드레인 사이에 커플링되는 제 2 스위치를 포함하는, 회로. In Article 12,
The above pre-charge circuit,
a first switch coupled between the gate of the output transistor of the output leg of the current mirror and the reference ground; and
A circuit comprising a second switch coupled between a gate of an input transistor of the input leg of the current mirror and a drain of the input transistor.
적어도 상기 대기 동작 모드의 일부 동안, 상기 제 1 스위치는 폐쇄되고 상기 제 2 스위치는 개방되는, 회로. In Article 12,
A circuit wherein, during at least a portion of said standby operation mode, said first switch is closed and said second switch is open.
상기 전류 미러 회로는,
상기 출력 레그의 출력 트랜지스터의 게이트에 커플링되는 필터 - 상기 필터는 저항기 및 커패시터를 포함함 - 를 더 포함하는, 회로. In the second paragraph,
The above current mirror circuit,
A circuit further comprising a filter coupled to the gate of the output transistor of the output leg, the filter comprising a resistor and a capacitor.
상기 필터는 상기 공급 전압 노드에 커플링되는 RF 신호의 엔벨로프 신호(envelope signal)를 감쇠시키도록 구성되는, 회로. In Article 15,
A circuit wherein the filter is configured to attenuate an envelope signal of an RF signal coupled to the supply voltage node.
상기 제 1 스테이지는 복수의 스택형 FET 트랜지스터들을 포함하는, 회로. In paragraph 1,
A circuit wherein the first stage comprises a plurality of stacked FET transistors.
상기 제 1 스테이지는 적어도 하나의 바이폴라 트랜지스터를 포함하는, 회로. In paragraph 1,
A circuit wherein the first stage comprises at least one bipolar transistor.
상기 제 1 스테이지는 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들의 입력 스테이지인, 회로. In paragraph 1,
A circuit wherein the first stage is an input stage of the plurality of cascaded amplifier stages.
상기 제 1 스테이지는 입력 신호를, 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들의 출력 스테이지에 제공하는 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들의 드라이버 스테이지인, 회로. In paragraph 1,
A circuit wherein the first stage is a driver stage of the plurality of cascaded amplifier stages that provides an input signal to an output stage of the plurality of cascaded amplifier stages.
상기 제 1 스테이지는 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들의 출력 스테이지인, 회로.In paragraph 1,
A circuit wherein the first stage is an output stage of the plurality of cascaded amplifier stages.
상기 보호 회로는 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 중 제 2 스테이지에 추가로 커플링되는, 회로. In paragraph 1,
The circuit wherein the above protection circuit is additionally coupled to a second stage among the plurality of cascaded amplifier stages.
상기 회로는 상기 보호 회로에 커플링되는 각각의 제 1 스테이지를 각각 포함하는 추가적인 하나 이상의 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들을 더 포함하고,
주어진 시간에, 상기 회로는 활성화된 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들을 통해 RF 신호를 처리하고, 상기 활성화된 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들은 상기 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 또는 상기 추가적인 하나 이상의 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 중 단 하나만을 포함하고, 그리고
상기 보호 회로는 상기 활성화된 복수의 캐스케이드형 증폭기 스테이지들 중 상기 각각의 제 1 스테이지의 특정 동작 전력 요건에 기초하여 상기 공급 전류의 상기 높은 값을 프로그램적으로 생성하도록 더 구성되는, 회로.In paragraph 1,
The circuit further comprises one or more additional cascaded amplifier stages, each of which comprises a first stage coupled to the protection circuit,
At a given time, the circuit processes an RF signal through a plurality of activated cascaded amplifier stages, wherein the plurality of activated cascaded amplifier stages include only one of the plurality of cascaded amplifier stages or one or more additional plurality of cascaded amplifier stages, and
The circuit further comprises a protection circuit configured to programmatically generate said high value of said supply current based on a particular operating power requirement of each of said first stages of said activated plurality of cascaded amplifier stages.
검출된 파라미터의 값에 기초하여 상기 보호 회로의 동작을 제어하도록 구성되는 제어기 회로 - 상기 파라미터는 온도 또는 전압을 포함함 - 를 더 포함하는, 회로. In paragraph 1,
A circuit further comprising a controller circuit configured to control operation of the protection circuit based on a value of a detected parameter, wherein the parameter comprises temperature or voltage.
상기 회로는 모놀리식으로(monolithically) 집적되는, 회로. In paragraph 1,
The above circuit is a circuit that is monolithically integrated.
전류 제한기 회로의 출력 레그를 상기 멀티-스테이지 증폭기의 제 1 스테이지의 공급 전압 노드에 커플링하는 단계; 및
상기 커플링에 기초하여, 상기 전류 제한기의 입력 레그를 통해 흐르는 기준 전류에 기초하여 상기 공급 전압 노드로부터 상기 제 1 스테이지를 통해 흐르는 전류의 높은 값을 제한하는 단계
를 포함하는, 방법.As a method for protecting a multi-stage amplifier from high input power conditions,
A step of coupling the output leg of the current limiter circuit to the supply voltage node of the first stage of the multi-stage amplifier; and
Based on the above coupling, a step of limiting a high value of the current flowing through the first stage from the supply voltage node based on a reference current flowing through the input leg of the current limiter.
A method comprising:
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